随着微机电系统、智能器件和智能材料的高速发展,微纳操作技术逐渐突破传统的机、电框架,广泛应用于精密工程、生命科学、微纳米材料等诸多领域中。微夹钳作为微纳操作技术中的一种典型末端执行器,也是微纳操作技术中的核心技术之一,能够高效精准地完成复杂工况下的任务。随着微纳领域对操作精度,操作尺寸的要求不断提高,具有高精度、多种目标操作的大行程微夹钳逐渐成为微纳操作技术不可缺失的关键系统。针对上述应用与挑战,本文提出了一种压电驱动,集成力、位移传感器的多级放大的柔性微夹钳系统,围绕微夹钳设计方法、柔性机构建模分析和微纳操作实验探究等展开研究:首先,考虑到目标夹持物尺寸变化各异（几微米至几百微米）,设计了一种新型的柔性三级位移放大机构,该机构结合了桥式放大机构的紧凑性和杠杠放大机构的放大比累加的优点,来扩大微夹钳的夹持行程。另外,为了确保目标物的精准抓取和均匀的应力分布,本文采用了平行四边形柔性机构来实现水平夹取的夹持方式。最终,设计了一种集成了压阻式力传感器和电容式位移传感器的压电驱动大行程柔性微夹钳系统。其次,针对柔性微夹钳中各级位移放大机构,考虑了柔性铰链的变形机理带来的刚度影响,分析了各个杆件和各个铰链所受力与变形之间的关系,提出了基于弹性梁理论柔性微夹钳的静力学建模方法,定量分析了微夹钳的等效刚度与放大比等静态性能。并通过仿真分析对模型进行变形、应力等理论分析,验证了静力学模型的有效性和精确性。然后,考虑到微纳操作过程中目标物的刚度、尺寸等特征的动态影响,本文将目标物等效为具有特征半径的弹簧-阻尼系统成为微夹钳系统的一部分,探究了微夹钳与目标物交互的动态过程,建立了在夹持与非夹持两种状态下的柔性微夹钳运动学与动力学模型。进一步推导了夹持力的动力学模型,准确描述了柔性微夹钳在操作过程中的动态行为。最后,根据理论研究结果设计并加工制造了柔性微夹钳,并搭建了微纳操作系统的实验平台,测试了微夹钳在非夹持状态下的静态特性,对比理论和仿真分析结果验证理论静力学模型的有效性。同时基于大范围微纳操作的要求,分别夹持操作了不同尺寸,不同刚度的目标物,并对比了非夹持状态和夹持不同目标物状态下微夹钳的动态特性,验证微纳夹持的动力学模型的准确性。并针对系统的两种状态设计了一种力/位移切换控制器,实现了微夹钳从非夹持到夹持整个过程的精准操作。