随着机器人技术的不断完善，其应用领域不断拓展到IC制造中芯片封装与组装、MEMS制造中器件封装与组装、生物医学工程中的高速点样移液、高速精密加工及高速扫描检测等各方面，对其行程、速度、加速度和精度同时提出了极高的要求。高速高精度机器人的研究应运而生。然而，机器人因受其构件的惯性及弹性变形、各关节的摩擦力以及传动间隙的影响，其精度和响应频率是有限的，如何进行有效的机器人结构设计，提高系统的响应速度与定位精度，实现高速（高加速）、高精度作业，是研制此类机器人中要解决的关键问题。本文将深入开展新型驱动及机构形式、结构优化设计方法、精度分析与设计方法以及运动学标定技术等高速高精度机器人系统的关键技术研究。　　针对芯片封装等领域对高速高精度作业的实际需求，在全面分析国内外高速高精度机器人研究现状的基础上，结合并联机构与直接驱动的优点，研制出一种新型平面并联机器人：采用高性能直线音圈电机直接驱动含有平行四边形支链的并联杆机构来实现末端平台的2-DOF平动，该方案降低了机械传动误差，减小了运动部件的质量，提高了系统的刚度，易于实现高速、高加速和高精度的运动。　　在运动学方面，首先通过机器人的基本构型建立了运动学等式与速度等式；然后基于雅可比矩阵进行了运动灵巧度分析与奇异位形分析，并得到了机器人的最佳机构构型；最后在无奇异和良好的力传递条件下，以全局性能指数为目标函数进行了机器人的灵巧工作空间综合，得到了正方形工作空间的最佳位置与配置方式。　　在动力学方面，建立了机器人的拉格朗日动力学方程，基于动力学方程分析了机器人的速度特性、加速度特性以及动态可操作性；并结合运动灵巧度与动态可操作性构造了高加速度高精度机器人的综合性能评价指标，据此对机器人进行了尺度参数优化综合；最后对几种典型工况进行了刚体动力学数值仿真，为直接驱动电机的选择提供了依据。　　在精度分析方面，首先采用封闭矢量关系微分法建立了含有连杆长度误差和关节间隙在内的机器人误差模型，并根据机构中含有平行四边形支链的特点，有效地分离了位置误差与姿态误差，简化了机器人精度分析的复杂性；然后通过误差映射矩阵，建立了误差灵敏度评价函数，对影响机器人位姿误差的几何误差源进行了灵敏度分析；最后采用蒙特卡罗法对不可补偿的姿态误差进行了精度综合研究，给出了满足姿态误差限制条件下姿态误差源的加工或装配误差要求，为机器人的设计提供了理论基础。　　在运动学标定方面，在对各种现有的标定方法进行了仿真分析与比较的基础上，结合几何误差迭代法与逆标定法，提出一种分步标定与参数辨识方法。采用这种方法，通过测量机器人末端沿x轴和y轴方向的位置误差，即可辨识出机器人的各种几何误差源以及末端绕z向的转动误差。实验证明，采用提出的分步标定与参数辨识方法可有效补偿机器人末端在平面内的位置误差，实现机器人的高精度运动定位。　　最后，本文建立了实验系统，对机器人的位姿重复性、位姿分辨率、最大运行速度、最大运行加速度等性能指标进行了测试。结果表明，系统能实现大行程(55mm×55mm)、高加速度(12g)、高精度(2μm)的运动定位，可以满足芯片封装等领域的高加速度高精度的发展需求。本文的研究工作为高速/高加速、高精度定位机器人的进一步研制奠定了基础，也为相关的应用提供可以借鉴的理论和实践经验。