人类探索太空的脚步从未停歇,航天工程也随之快速发展,面对复杂的太空环境,多用途的空间机械臂的应用需求逐渐增长。然而由于在太空中的特殊环境和真空中无人复杂任务需求,传统机械臂方案如果应用到执行空间在轨任务时面临着构型单一、执行功能类型局限性、缺乏自主运动能力等缺点。同时在空间任务中,所有功能性结构都会面临装置重量限制与空间体积的限制,需要在尽量小的重量内,实现该空间机械臂的多种任务需求。为解决在轨机械臂的重量与多功能应用的问题,本文研究了一种可实现快速重构的链式模块化机械臂,该机械臂由不同类型的重构最小关节单元和主动与被动两种快速重构对接口构成,能够按照任务需求改变自己的构型。每个机械臂的最小单元中包含有对接口系统、模块化运动系统、和电气系统。本文中设计的链式多自由度模块化机械臂。单个关运动关节由电机和谐波减速器以直连的形式构成俯仰驱动关节和旋转驱动关节,在每个关节的传感器系统有温度传感器、关节旋转角度传感器、驱动电流检测和行程开关。主动对接头是该机械臂对接过程中的主要接头,设计采用记忆合金双向旋转驱动器进行驱动对接,凸轮机构和四个转动钩爪作为执行机构。被动对接头被动接口由被动连接电路板和固定钩爪组成。运用Ansys Workbench对机械臂主/被动对接头中的受力零部件进行强度分析,确保多级链式机械臂在对接过程和稳定工作过程中各级强度都能够稳定工作。在多级机械臂的控制与通信中,该链式重构方案中采用基于CAN总线通信的链式机械臂控制系统,设计了两路放大电路对两个相反绕线方向的形状记忆金属(SMA)进行驱动,用于驱动执行机构对接中的主动锁紧流程,并在锁紧后通过触点接触完成链式机械臂之间的通信。再次,提出了模块化机械臂实际工作中最常用的多分支构型方案,并对其中的链式构型方案与不同构型方案的运动控制方案进行探讨。建立了单条臂重构完成的运动学模型,对多分支机械臂构型中选取最具有代表性的三分支链式构型提出了运动学分析和求解。利用各分支链式机械臂关节的D-H参数得到位姿信息,进行该三分支链式机械臂构型的逆运动学求解。重点运算了三分支链式机械臂如何实现尺蠖步态和旋转步态。完成多分支重构的机械臂步态行进过程中的运动求解,对多分支构型的轨迹进行了规划。验证了本文所提出重构机械臂利用最小关节单元组成多分支方案在轨工作方案的合理性。