近年来,随着微小型机电系统广泛应用于航空、航天、兵器、电子等国防科技重大领域,微机电产品也不断向智能化、集成化、微小化的方向发展。人们对微小型装配系统的性能指标与精度稳定性提出了日趋严苛的要求。微装配系统的研究也成为国内外专家学者研究的重点与难点。对位装配技术作为微小型装配系统的关键技术,直接影响了产品的装配精度指标。现阶段,我国的微装配系统研究虽有一定成果,但仍缺乏用于尺寸跨度大、装配精度要求高的中间尺度复杂结构件的对位装配设备与仪器,无法满足相应的对位精度与装配效率等要求,同类型产品的使用寿命、精度指标与西方发达国家相比仍有一定差距。针对上述问题,通过大量调研,并基于实验室多年在微装配系统的研究基础上,本文设计了一台基于视觉与力觉集成的对位装配系统,并提出了一种“显微视觉对位+力觉反馈调整”的对位检测方法,其装配精度可达微米级别,为解决尺寸跨度大、装配精度要求高的三维复杂结构件装配提供了理论基础及设备支撑。本文主要研究内容如下:(1)介绍了微装配系统的研究背景及意义,调研了现阶段国内外微装配系统的研究现状与发展趋势,总结了现有对位检测技术的优缺点,提出基于“显微视觉对位+力觉反馈调整”的集成对位装配方法。(2)分析跨尺度微小型零件的装配需求与难点,基于视觉与力觉集成的对位装配方法,采用模块化设计了一台人机协同微米级精度的装配系统。详细介绍了装配执行模块、视觉对位模块、力觉反馈模块、夹持模块、辅助模块的主要功能以及关键设备的设计与选型,并简要介绍了系统控制部分的总体方案与通讯结构,对目标零件装配顺序与零件总体装配工艺流程进行了规划。(3)基于机器视觉对位方法与相机几何成像原理,提出了一种“相机成像系统+立方体棱镜”的同轴对位方法,设计实验完成了视觉对位系统的各项标定与误差计算。采用MIL图像拼接算法解决了视觉对位过程中大视场与高分辨率不能兼具的问题,基于“VS2010+MIL9.0”环境,编写了对位检测MFC程序与人机操作界面,并对目标零件进行对位检测与试装实验,其对位检测精度可达2μm,验证了该对位检测方法的可行性。(4)采用NANO-17型六维力传感器,完成对装配力测量不确定度的评价,并建立装配力与微动平台坐标系变换模型。设计实验采集微装配力与微位移对应关系作为训练样本,利用Matlab工具箱中BP神经网络算法得到微力与位移映射模型,并完成对力觉反馈装配策略与流程的设计,实现力觉反馈调整,为跨尺度微小型零件的力反馈装配提供了一种新思路和新方法。