微夹持器作为一种末端执行器广泛应用于光学检测、生物医疗和微纳操作等精密工程领域,为了实现微夹持器对不规则微小物体的稳定夹持、避免夹取过程中操作对象脱落损伤,设计一款结构合理、响应速度快、夹持精度高、夹持稳定的微夹持器具有重要意义。本文针对2点接触式的平面夹持易失稳、夹持可靠性不高、夹持精度低等问题,提出了利用桥式放大和杠杆放大原理,设计一种新型的4点接触微夹持器,并建立了几何模型;根据输入位移与输出位移之间的放大关系建立了微夹持器放大系数的数学模型,确定了微夹持器的理论放大倍数计算公式,并利用ANSYS对其仿真分析,结果表明该夹持器具有较大的夹持行程和较快的响应速度。为了提高微夹持器的综合性能,本文利用BP神经网络模型的多目标优化方法,建立了不同设计参数的有限元模型;通过拉丁超立方试验设计方法选取试验点,利用BP神经网络进行训练推导出设计参数与性能指标之间的全局映射关系,并通过多目标遗传算法进行全局寻优搜索运算,求出设计最优解并确定了合理的结构参数。经实验验证及仿真对比,结果表明优化后微夹持器固有频率增大了10.85%,放大倍数增大了7.15%,最大应力降低了4.47%,说明四点接触夹持器的综合性能得到了明显提高,表明该优化方法具有一定的可行性。在微夹持器控制操作方面,为了减轻压电陶瓷迟滞性产生的振荡误差的影响,本文建立了操作平台的数学模型,利用Simulink仿真对微夹持器初始PID参数进行微调,实现了PID对微夹持器系统的控制,输出了微夹持器阶跃响应曲线。经对比分析,结果表明在PID控制作用下微夹持器能更为迅速的进入响应稳态,系统振动次数明显减少,整体稳定性得到了较大提升。针对平面夹持的局限性,本文设计了一种结构对称的空间微夹持器,该夹持器能够通过压电陶瓷同步驱动4个夹持臂来完成夹持作业,对形状不规则的操作对象具有良好的夹持效果,采用Ansysworkbench有限元分析软件对该夹持器进行了仿真分析,仿真结果表明,在满足强度要求的情况下该夹持器的实际放大倍数为7.5,固有频率为419.72HZ,具有较快的响应速度和夹持稳定性,说明了该空间微夹持器结构是可靠和合理的。