随着空间探测活动的蓬勃发展,在轨卫星的数量与日俱增,同时也导致太空中失效的卫星越来越多;此外废弃的卫星或探测器还可能会产生碎片垃圾;大部分航天器达到预期寿命时,其有效载荷仍然能够继续工作,如果能够对其进行在轨维修或燃料加注,就可以大大延长航天器的使用寿命。本文设计了一种变胞串并联式空间抓捕机构,对其具体结构进行了详细设计,为了保证能够实现稳定、准确的抓捕功能,设计了相对应的轨迹规划方法以及控制算法,并针对运动时间进行了优化,对其控制策略展开了进一步研究。针对空间非合作目标的抓捕作业,在3RRS机构的基础上,参考串并联机构的构型设计方法,设计了一种3（2RR1S2-RR1S1）机构,该机构所具有的变胞功能能够根据不同的工作需求来实现自由度的切换,从而减少了驱动的数量。其次针对串并联机构的动力学分析方法,估算了各个关节的驱动力矩,并针对驱动布置方案进行了详细的设计和分析。为了能够使抓捕机构在空间中能够按照指定的轨迹执行空间作业,对抓捕机构的轨迹规划进行了研究,在路径点之间采用三次B样条的方法进行插值,保证了抓捕机构运动过程中的平稳性和连续性,同时针对抓捕机构的运动时间进行了基于粒子群算法的时间最优规划,保证抓捕机构在运行速度和冲击满足要求的前提下尽快完成空间作业。作为空间抓捕机构,要想完成捕获任务,就必须使抓捕机构牢固地锁紧被捕获目标,并且还要防止损坏目标。因此在抓捕机构根据所规划的轨迹运动到指定位置,与被捕获物体接触后,还要在此基础上施加一定的抓捕力。为了在抓捕过程中能够尽快跟踪抓捕力和位置,结合现代控制理论中的阻抗控制算法,设计了适用于串并联抓捕机构的阻抗控制算法,并在此基础上,进行了自适应阻抗控制系统设计,该系统能够自适应被捕获物体的位置和刚度变化,快速实现抓捕力跟踪,提高了控制精度,减小稳态误差。最后通过仿真对二者进行对比分析,验证了自适应阻抗控制系统的跟踪和适应能力。根据所设计的变胞串并联式空间抓捕机构,加工制作出样机,同时设计搭建电气控制系统,在该实验平台上对抓捕机构的变胞运动性能、轨迹运动性能、控制性能和抓捕性能进行了实验验证。