机械手在人类的生产与生活中有着十分重要的作用与地位。桁架式可收展机械手因为可以折叠,所以有便于运输,占用空间小等优点。同时,又可以通过展开变成大尺寸姿态,实现更大的操作空间,抓取更大的目标。桁架式结构特点赋予机械手更大的刚度和抓取力。本文针对一种桁架式可收展抓取机械手,通过理论分析与联合仿真验证其抓取作业的可行性,并基于联合仿真结果进行优化设计,为后续样机制作提供理论依据。通过桁架式可收展机械手构件间的几何关系分析得到了机械手运动时的构件之间的变化规律,利用坐标变换法得到了桁架式可收展机械手在展开阶段和抓取阶段中各个坐标系之间的齐次转换矩阵,从而建立了桁架式可收展机械手的运动学模型。之后,利用动力学仿真软件RecurDyn完成了机械手的运动学仿真,验证了理论推导得到的运动学关系的正确性。基于递归牛顿欧拉方法分析了桁架式可收展机械手的驱动力矩与关节转动角度、角速度和角加速度的关系,从而建立了机械手的动力学模型。利用RecurDyn进行了机械手的动力学仿真,并将驱动力矩的实际仿真结果与理论推导的结果进行比较,验证了所得动力学模型的正确性。由于桁架式可收展机械手的抓取阶段的所需传感器较多,抓取对象不确定,控制环路复杂,难以进行实物实验,本文利用Matlab和动力学仿真软件RecurDyn搭建了联合仿真平台,进行了桁架式可收展机械手抓取过程的联合仿真。其中,将粒子群算法应用到抓取策略中,并提出一种抓取性能评价指标,综合其他指标对抓取结果进行了分析与评价,验证了桁架式可收展机械手抓取作业的可行性。根据联合仿真中采集到的桁架式可收展机械手的力学数据,对模块单元的构件进行了静力分析,得到其应力应变分析结果,然后进行了模块单元的拓扑优化,改善应力分布,实现机械手的轻量化。针对作为主要承力构件的推杆,实现了其关键尺寸的参数优化,使得其受力得到一定程度的减小。进行了衍生设计应用于桁架式可收展机械手的优化工作的尝试。根据桁架式可收展机械手的受力情况,通过衍生设计方法得到了一组满足设计要求的衍生设计模型。通过对结果的对比和分析,最终得出最佳方案。