随着科学技术的发展,超精密驱动技术已经在生物体精细操控系统、显微装配系统、晶圆检测系统等领域得到了广泛应用。在这些系统中,多自由度精密调姿平台和高精度视觉反馈装置都是必不可少的,多自由度精密调姿平台用于调整操控对象的位姿,高精度视觉反馈装置用于成像设备自动对焦并反馈操控对象的位姿信息。然而,现有的多自由度调姿平台难以实现大行程范围内的平面三自由度运动,此外,目前的对焦系统主要采用步进电机、电磁电机或音圈电机驱动,存在着体积大、结构复杂、容易发热、电磁干扰等问题;并且受自身结构和驱动原理的限制,对焦精度和速度也难以实现进一步突破。压电驱动器具有分辨力高、响应速度快、结构灵活和电磁兼容性好等优势。因此,本文采用压电致动原理,研发了一套基于视觉反馈的自动对焦与调姿系统,完成了具有平面三自由度运动输出、cm级运动行程的压电调姿平台设计;并且完成了分辨力达亚μm级、速度超过1mm/s的压电对焦器设计。基于尺蠖式致动原理完成了压电对焦器致动单元和整机的结构设计。采用贴片式弯弯复合梁作为对焦器的致动单元,其具有两自由度运动输出,一个自由度负责压紧,另一个自由度负责驱动。然后,对压电对焦器的致动单元进行了静力学建模、仿真分析结构参数对其末端输出位移的影响,接下来又通过有限元仿真对静力学仿真结果进一步验证,最终确定了致动器的具体尺寸参数,进而进行了对焦器的结构设计和尺寸确定,其整体尺寸为56×22.5×18.5mm~3。最后进行了对焦器实验研究,结果表明该对焦器位移分辨力为0.426μm;前进和后退的最大速度分别为1.73mm/s和1.59mm/s,可以满足自动对焦所需的精度和速度要求。基于惯性驱动原理,本文研制了由四个压电双晶片驱动的调姿平台,其可以实现cm级运动行程和平面三自由度运动输出,并且结构简单。首先,对压电调姿平台进行了结构设计,并分析了其工作原理。然后,基于质量弹簧阻尼动力学模型,建立了压电双晶片和压电调姿平台的动力学模型,并基于Karnopp摩擦力模型进行了压电调姿平台动力学仿真,结果表明,在激励信号电压为600Vp-p,频率为1Hz时,仿真得到的调姿平台移动速度为6.405μm/s,每步运动位移的标准差为0.21μm。最后,对压电调姿平台进行了实验研究,结果表明,压电调姿平台最大线速度为710.2μm/s、最大转速为161.19μrad/s,最大承载载荷为1600g（约为自重的9.97倍）。最后,以树莓派为控制核心,Laplacian函数为图像清晰度评价算法,粗调和精调相结合为正焦位置搜索算法,构建了一套完整的自动对焦控制系统,并进行了自动对焦实验研究。结果表明,压电自动对焦系统的分辨率为2.2μm,测量精度为10.2μm,对焦精度为0.8μm,自动对焦速度为7.86s,对焦成功率为89%。经过以上实验,验证了本课题所设计调姿平台可以实现大范围内的平面三自由度运动,压电对焦器具有较快的运动速度和较高的分辨力,可以实现自动对焦操作。因此,该系统具有在微制造、微检测和微装配领域,面向细胞操作的生物医疗等领域的应用潜力。