近些年随着跨国交流的增加,飞机跨海飞行航班数变多,空难时有发生。飞机坠海后打捞黑匣子就成了一个难题,我国目前缺乏打捞黑匣子的专用工具,因此文中设计了一个黑匣子专用夹持手爪,通过一个异形接口安装在海马号ROV的机械手上,对坠海的飞机进行破拆后抓取残骸中的黑匣子。深海环境复杂,工作要求苛刻,对手爪的作业的可靠性、密封性、耐高压性等提出了很高的要求。如何保证极端工作环境下手爪的操作能力、形状的适应性、结构的轻量化以及较大的增力比是黑匣子专用夹持器面临的技术挑战。论文围绕深海抓取黑匣子的任务,根据海底特殊情况分析了作业任务的特点,确定了传动方式、驱动方式以及夹持方式。对黑匣子专用抓取工具的结构进行了设计,建立了手爪夹持的数学模型,着重对其尺寸以及结构进行了理论分析以及优化,并进行仿真分析,针对深海高压环境设计了一种深海防水耐高压的结构。本论文具体研究内容如下:(1)分析了作业任务对手爪性能的要求,对比不同驱动方式、不同传动方式以及几种不同的夹持方案,确定了手爪机构的形式。对手爪各个零部件进行了结构以及尺寸的初步设计;基于有限长线接触理论与数值计算方法分析了手爪V形指夹持圆柱型物体时的接触力;分析了手爪的工作原理,并针对深海高压工作环境为液压缸设计了一种防水结构。(2)建立了手爪夹持的位移、速度和力学模型,分析了各手爪的增力比与各个部件长度的关系;基于惩罚函数对手爪的尺寸进行了优化设计,使各连杆长度之和最小;设计了液压缸的主要尺寸参数,使抓取工具重量降低。(3)基于Ansys workbench对优化之后的手爪进行了强度校核,并进行了基于拓扑学的重量优化,手爪的结构和重量更加合理。(4)加工出第一代原理样机,为测试其夹持能力,加工了等尺寸、等重量的黑匣子,在实验室对其进行实验验证,根据实验结果提出改进方案。