本文以航天舱段的柔性工装及姿态转换系统为研究对象,围绕柔性工装的结构、运动学等问题进行了理论与仿真研究。系统地从结构设计、运动学分析、结构静力学与过约束等多方面展开研究,为航天舱段工装的设计提供新思路,对柔性工装的研制与应用奠定基础。首先,根据舱段装卡技术要求,对柔性工装及姿态转换系统的机构进行方案设计,提出了三种满足舱段装卡的方案。从自动化程度,复杂程度,安全性等方面优选了最终的方案。对选择出的方案进行详细的结构设计,并对传动系统,驱动元件和其他标准件进行计算选型。其次,对柔性工装机械臂进行运动学正反解求解,利用MATLAB绘制单臂和整体的工作空间。计算3-RPR调心机构的运动学反解,利用Adams软件建立机构的仿真模型,得到机构驱动元件的输出力和位移曲线。再次,在ANSYS Workbench中进行有限元分析,将柔性工装模型进行简化,去除结构中对有限元分析结果影响微弱的结构和一些特征。将轴承、螺栓等其他标准件做等效处理,并设置零件间的接触,划分网格。为模型添加载荷等边界条件后对柔性工装进行静力学分析,得到极限位置处的变形和应力云图,验证工装的刚度和强度要求。最后,基于过约束并联机构的理论方法对柔性工装进行过约束分析,求解单机械臂的刚度矩阵和整体的刚度矩阵。依据并联机构的变形协调方程,得到柔性工装机械臂末端的约束反力,并使用有限元方法对理论计算的结果进行验证。为实际工程中的过约束问题求解提供新思路。