随着精密工程、生命科学与微装配等领域的快速发展,能够实现高精度微操作的微纳操作技术在各领域得到了广泛应用。基于柔性机构的微夹钳,因其具有高精度、无摩擦、高静力学稳定性的特点,被广泛应用于微装配、生物医药等领域的末端执行器。然而越来越多的应用,如夹持脆弱细小的生物细胞等,对操作过程的夹持力提出了更高的要求,具有高静力学稳定性的恒力微夹钳,已成为近年来超精密微纳操作领域的研究热点。本篇文章针对在生物细胞等应用领域对恒力夹持的操作需求,围绕恒力夹持器的结构设计、建模与分析、有限元仿真和实验验证展开研究,具体研究内容如下:首先,基于正负刚度并联原理,设计了面向夹持操作的恒力柔性机构,,并提出了一种新型三级放大机构以实现高精度大范围高静力学稳定性的恒力夹持。为了增加机构的固有频率,在放大机构的末端连接导向机构,并通过串并联的方式,实现了整体机构的恒力输出。最终,设计了一种压电驱动的恒力微夹钳系统。其次,基于胡克定律,得到整体机构的输出刚度方程。对于导向机构与正刚度梁,采用伪刚体与虚功原理建立了静力学模型,基于椭圆积分原理得到了负刚度梁的力位移关系。对于三级放大机构,考虑了柔性铰链各个方向的受力,基于柔性梁理论建立微夹钳在夹持与非夹持两种状态下的静力学模型。接着,通过有限元仿真验证了静力学模型。基于对夹钳夹持过程的分析,得到了恒力微夹钳的输出力与输入位移的关系,分析了恒力夹钳的恒力区间与大小。基于夹持与非夹持状态下微夹钳的应力应变结果,保证了夹钳不会在夹持过程发生疲劳失效。通过模态分析与谐响应分析,得到夹钳在两种状态下的动力学特性。最后,根据理论研究与仿真结果设计加工了恒力微夹钳,并装配力与位移传感器,搭建了微夹钳机电操作平台。基于该实验装置,验证了静力学模型的准确性,通过夹钳在面对不同夹持物下的夹持实验,验证了微夹钳的高精度、大范围、高静力学稳定性的特点。同时,根据扫频实验,分析了夹钳不同夹持状态下的动力学特性。