微夹持器是完成高精度微操作中的重要末端执行工具,其性能直接影响操作的效率和质量。本研究以实现大范围、稳定夹持为目的,设计了一种具备高刚度、大带宽、大输出力的新型三级放大微夹持器。对微夹持器的机械结构、仿真分析、前馈补偿控制等方面开展了系统的理论研究,并配置实验装置测试了微夹持器的动态及静态性能。本文主要研究工作如下:首先,确定微夹持器的机械结构设计方案。选用压电陶瓷作为微夹持器的驱动源,并设计了基于柔性机构的三级位移放大机构,其主要包括双桥式位移放大机构以及杠杆位移放大机构。在微夹持器前端串联使用两个桥式机构能够保证其具有较高的结构刚度,在微夹持器末端配置杠杆位移放大机构以保证其能够提供足够的输出位移放大倍数。其次,建立微夹持器位移放大倍数理论模型并基于有限元软件进行结构优化和性能仿真。基于伪刚体理论建立微夹持器的位移放大倍数理论模型,获得关键尺寸与位移放大倍数的关系。通过对此模型进行分析确定关键尺寸的边界范围,基于响应曲面法得到微夹持器的最终结构尺寸参数。使用有限元分析软件获取微夹持器的静力学特性,并通过模态分析确定了微夹持器的前六阶自然频率及其相应的模态振型。然后,设计微夹持器的前馈控制系统以补偿压电陶瓷驱动器的迟滞特性。利用叠加三次项的PI模型实现对微夹持器迟滞特性的精确建模,基于粒子群算法对迟滞逆模型进行参数辨识,最后完成对微夹持器的前馈补偿以提高输出位移与输入电压之间的线性度。最后,搭建实验平台测试微夹持器的动态和静态性能。基于电火花线切割加工技术制造了微夹持器的机械样机,其性能已通过拾取和放置微珠实验和动态性能测试得到验证。实验结果表明,位移放大比高达31.88并伴随出色的线性度;其运动行程为218μm,最大抓力为1993 m N。在运动范围和位移放大倍数等方面,实验与仿真和理论计算的结果较为吻合。