微电子制造是关系国家安全与经济发展的重要行业。目前,新一代的微电子制造装备正面临高加速、高速、高精密、大行程等诸多挑战性要求。传统的单级驱动运动平台已经不能继续满足上述要求。因微电子制造装备所用的运动平台需要进行频繁的高速启停点位运动,现有的宏微复合直线运动平台无法满足微电子制造装备要求。针对传统的宏微复合运动平台存在的问题,本文提出了一种基于并联驱动的新型宏微复合直线运动平台,并对该运动平台涉及的运动规划、导向机构优化设计等关键技术进行了研究。新型宏微复合直线平台采用了并联驱动布局,其宏/微驱动力均独立作用在基座上,从而大幅简化了平台结构与控制系统设计,提高了运动平台的综合精度。首先,本文基于对宏微复合运动平台的柔性动力学响应分析提出了一种定位误差约束条件,并利用频率采样法建立了针对运动平台固有频率建模误差不确定度的鲁棒性约束条件,最后基于定位误差与鲁棒性约束条件构建了一种考虑宏微复合运动平台的柔性动力学特性影响的时间最优运动规划模型。利用上述优化模型对本文定义的一种可以实现高加速低减速的非对称S曲线运动规划进行参数优化整定。实验平台测试结果表明优化后的非对称S曲线运动规划较之传统方法可以大幅缩短点位运动规划满足定位精度要求所需的定位时间。本文也同样对微电子制造装备常见的阵列操作定位时间与残余振动之间的相互影响关系进行了初步分析。其次,本文基于预应力梁理论获得了宏微复合运动平台中微运动导向结构所用的一种刚度/频率可调的直梁型柔性铰链的等效刚度与固有频率的近似解析解。利用连续体预应力梁的弯曲应变能积分、拉伸应变能积分、动能积分与其等效弹簧-集中质量动力学系统的弹性势能与动能之间的相等关系获得了等效弯曲刚度、等效张力刚度与等效质量;利用等效刚度与等效质量信息可以构建出固有频率计算公式。有限元仿真与实验测试结果均证实了刚度与固有频率的近似解析解的有效性。最后,预应力梁的等效刚度与固有频率计算方法被用于推导一种带圆角的两端固支预应力梁的等效刚度与固有频率计算公式。然后,针对现有结构拓扑优化方法在处理包含频率与刚度约束的微运动导向机构优化设计中存在的问题,本文利用所获得直梁型柔性铰链的刚度与固有频率的近似解析公式推导出导向机构的整体刚度与固有频率计算公式。利用上述计算公式将传统导向机构优化设计所用的大计算量拓扑与尺寸顺序优化设计转换为一种小计算量的解析形式的包含导向机构刚度与频率约束条件的拓扑形状与结构尺寸同步优化设计。通过求解优化模型的等式约束条件获得连续尺寸变量与离散拓扑形状变量之间的关系,后利用变量松弛法获得了最优离散拓扑形状变量与对应的连续尺寸变量数值。有限元仿真结果表明优化后的导向机构刚度与固有频率的最大相对误差仅为2.669%,满足实际工程所需精度。最后,本文基于柔性铰链的导向机构拓扑与结构尺寸同步优化设计方法设计了一种并联驱动形式的共定子双驱动宏微复合直线平台。通过共用直线电机定子的宏/微驱动器并联驱动布置方式,避免了微驱动器输出饱和问题,简化了宏微复合双驱控制系统设计。同时,将时间最优非对称运动规划作为宏/微运动平台的参考输入指令,通过优化系统运动能量输入来避免激发过大的定位残余振动,进一步缩短宏微复合直线运动平台的定位时间。实验测试结果表明所设计的新型宏微复合直线平台可以有效地缩短高精密点位运动的定位时间。