世界各国对于太空领域的争夺越来越激烈,对于大型空间结构的需求越来越迫切。采用传统的展开式结构,将极大的增加机构的复杂度,并降低系统的可靠性,而且需要更大推力和尺寸的运载火箭。在轨组装可以通过机器人或航天员组装的方式在太空中构建更大尺寸的空间结构,从而突破火箭尺寸和推力的限制。目前在轨组装方案中,存在着航天员出仓活动危险性大,串联机器人刚度较低,反射面调节机构复杂,末端执行器体积过大等缺点,不利于50米以上大口径空间结构的组装。本文针对上述问题,提出一种面向空间大型抛物面结构的机器人在轨组装方案,主要研究内容如下:1.针对在轨组装中桁架结构过于庞大和笨重的问题,提出一种无展开桁架的模块化组装方案。首先基于费马螺旋生成了抛物面螺旋曲线,基于向日葵黄金夹角生成点阵;利用点阵生成组装模块,然后优化三角模块形状,使得拼接模块种类少,易于工程实践;最后提出了大尺寸抛物面空间结构机器人组装的方案。2.针对串联机械臂刚度低等缺点,设计了一种攀爬式混联在轨组装机器人。首先基于螺旋理论分析该混联机器人的自由度;基于矢量法分析其运动学反解并借助MATLAB和ADAMS建立虚拟模型完成仿真验证;推导机构的雅克比矩阵;对机器人进行关节传动方式设计,最后对主要零件进行静力学分析和模态分析。3.针对传统抛物面结构反射面调节机构运动学耦合复杂的问题,提出了一种反射面少自由度3支链并联精调机构。首先基于螺旋理论分析了其自由度;然后分析其运动学反解,并针对工程实践提出了非常简洁的近似算法并结合ADAMS模型进行仿真验证;接着分析了其运动学正解,对于非线性方程组采用牛顿迭代法编写了易于工程实践的数值算法,并结合MATLAB和ADAMS进行仿真验证。4.针对传统空间机器人末端执行器结构复杂、体积较大、使用不灵活的缺点,设计一种基于磁力的小体积自适应末端执行器。首先基于磁学原理设计了末端执行器的主要结构,其次进行了电信接口组合化设计,使末端执行器能够满足不同的在轨组装任务需求。然后使用Maxwell软件建立磁学仿真模型,在不同对接距离的进行磁力仿真,得到了被动端所受磁力曲线,接着建立了ADAMS虚拟模型,对整个对接过程进行了仿真分析,验证了末端执行器的容差和自适应特性;最后进行了末端执行器连接力实验,验证了该执行器的大连接力特性。5.搭建了仿真实验平台,设计了地面实验平台。首先使用ADAMS搭建了混联机器人在轨组装的仿真实验平台,并成功进行了6模块的仿真组装实验,得出机器人组装时绕X轴和绕Y轴的转动角度很小,从而对模块基座产生的附加扭矩小,有利于大尺寸的在轨组装实验,验证了在轨组装方案设计的正确性。另外进行了地面实验平台设计,分别进行了主任务管理平台设计、关节电机调试平台设计和地面实验工装设计。