作为微操作系统的末端执行器,微夹持器的性能好坏对整个微操作系统的操作精度和效率有着至关重要的影响。本文设计了一种新型非对称式二自由度微夹持器,并建立了相关解析模型,对微夹持器的运动学性能和静力学性能进行了分析讨论。利用有限元分析方法考察了微夹持器的性能。最终搭建了实验平台,进行了微夹持器性能测试。论文主要工作如下:设计了一种压电驱动式新型二自由度微夹持器,该微夹持器采用非对称式左右结构,左右部分均采用两级放大机构放大输入位移;左侧部分采用平行四边形机构减小左侧钳口沿Y向的寄生位移,实现平行抓取,右侧部分采用双平行板导向机构减小右侧钳口沿X向的寄生位移。为方便测量夹持力,在左侧钳口下端设置两个平行的叶形铰链。基于伪刚体模型法和柔度矩阵法,建立了微夹持器的伪刚体模型和柔度矩阵模型,基于建立的模型对微夹持器进行了运动学和静力学分析,考察了微夹持器的位移放大比、末端位姿误差、输入刚度、输出耦合、输入耦合以及应力分布等。基于有限元方法,利用ABAQUS软件对设计的二自由度微夹持器进行静力学和动力学仿真,分析了微夹持器的位移放大比、应力分布以及动态特性等。搭建了实验平台,考察了微夹持器的实际操作性能。试验结果表明该微夹持器可以操作不同尺寸的物体,并可以将被操作物体搓动一定角度。通过位移特性实验,研究了微夹持器输出位移与输入位移之间的关系,计算得微夹持器左右两侧的实际位移放大比分别为11.12和4.64,同时考察了微夹持器钳口输出位移与驱动器输入电压间的迟滞特性。通过扫频实验,获取了微夹持器的前二阶固有频率,分别为358 Hz和655 Hz。为减小微夹持器的位移迟滞特性,提高微操作系统的操作精度,设计了PI位移控制器。为保证微操作的夹持力可控,设计了PI夹持力控制器。通过切换控制,实现了对微夹持器的抓取-保持-转动-释放操作过程的精密的力位控制。