空间非合作目标具有运动参数未知的特性,往往在空间中呈现出不受控制的自由翻滚运动。而传统的空间捕获机构一般采用串联机械臂的形式,需要目标具有固定的抓捕点,因此针对空间自由翻滚目标的捕获具有一定的局限性。空间折展机构由于其具有大折展比特性,因此在空间技术中具有广泛的应用优势。但是其在空间捕获技术中的应用还未展开相关的详细研究。本文以空间非合作目标捕获为背景,充分发挥空间折展机构的大折展比优势,提出一种新型的空间8R折展机构,具体研究内容如下:(1)首先根据空间自由翻滚目标服务对象的不同进行分类研究,从而得到空间捕获目标的运动特性。对空间中常用坐标系进行定义,利用四元数法建立空间目标自由翻滚运动的数学模型。根据目标翻滚轴与对接轴的关系对目标的运动特性进行分类,给定不同初始条件下目标的运动初始条件,代入到所建立的数学模型得到目标的运动范围。经过对空间目标运动特性的分析提出捕获机构的两个设计需求:首先是具有大折展比特性,以满足其在完全折叠状态下便于运输以及存储的需求,在展开状态下能够实现对空间不同形状、尺寸目标的捕获功能;其次是捕获机构的工作空间能够实现对目标的运动包络。(2)根据目标的运动特性以及空间捕获机构的设计需求,提出采用拥抱式外包络捕获的形式实现对目标的捕获,根据几何参数设计了一种具有完全收展特性的空间8R折展机构。应用螺旋理论对其进行自由度分析,并应用几何法对其运动学以及分岔特性进行分析,得到了该机构具有瞬时的3个自由度,建立了其在一般位置和分岔位置下的环路方程。通过运动学分析的结果验证了空间捕获机构的工作空间能够实现对目标的运动包络,并根据环路方程确定了输入驱动关节的数目及位置。(3)将Solidworks中建立的三维模型导入到Adams中进行仿真分析,通过分析空间捕获机构输入驱动力矩值与时间的关系变化曲线得到了该机构的最优展开时间。同时通过对目标进行参数设置,使其按照预定的参数呈现出自由翻滚运动,并且通过对其进行容差分析及过载分析,得到其末端接触力能够稳定在一个常数值的附近,从而验证了该机构能够实现对目标的稳定捕获,并且得到了该机构实现稳定捕获所需的输入驱动力力矩值。(4)根据理论分析的结果,对捕获机构进行1:1样机典型关节部段的设计及缩比样机的设计,开展地面演示试验实现了对该空间捕获机构的折展功能及针对不同尺寸与形状目标的捕获功能试验。并且通过测量得到捕获相应目标时样机输入驱动关节的角度值并与理论值进行对比分析,验证了理论分析的正确性。(5)最后为了增加机构的折展比和改善机构杆件的受力性能,提出了两种空间8R机构的网络化组装形式,即以空间8R机构作为单元模块进行拓展以及以剪叉式空间8R机构作为单元模块进行组装,从而得到的大尺度空间折展机构,该类机构在具有折展功能的同时能够展开到一个球面上,从而实现对目标的运动包络。