在轨服务技术可以在空间中对卫星加注燃料、维修、载荷更换等操作,有效的延长了卫星使用寿命。在轨捕获是在轨服务的前提,空间末端执行器可以代替人力执行多种太空操作,在降低成本和提高安全方面具有较高的实际意义。目前空间末端执行器有面向载荷更换和面向捕获对接两种。由于本身的特点,末端执行器大多只能面向单一种类的任务,并且由于刚性捕获的特点,抓捕时会与目标之间产生较大的接触力。针对以上的不足之处,本文设计了一种具备大容差、机械动力输出能力、小体积质量和被动柔顺机构的灵巧抓捕手及其抓捕特征-操作把手,同时对机构进行了相关理论分析,并在所设计机械结构基础上,研究了其柔顺捕获策略。针对抓捕手的设计,本文根据任务要求和指标要求,确定了其结构应由手指机构、差动机构、驱动系统和中心动力输出机构组成。基于此方案,设计了采用连杆传动的两关节、三指类人型布置的手指机构。设计了二自由度钢丝绳-滑轮差动机构,及其预紧机构和保证平衡输出的平衡机构。设计了电机直驱滚珠丝杠式的驱动系统。设计了具有锥形引导对接和角度偏差自适应特点的中心动力输出机构。针对操作把手的设计,根据任务要求,设计了连杆传动的内部传动系统,和具有自动伸缩机构的对接接口,以减小对接时的接触力。在结构设计基础上,采用拆分杆组法分析了手指运动学。采用虚位移原理和拆分杆组法分析了抓捕手与目标之间的碰撞力和驱动力之间的关系。采用拉格朗日法分析了手指动力学参数不平衡性对手指运动同步性的影响。提出了一种全维复合偏差的捕获容差分析方法,该方法直接研究全维偏差下的目标,准确性高。并基于Adams和Simulink验证了捕获容差,研究了抓捕过程中目标的位姿变化,电机位置控制算法的轨迹跟踪性能及其驱动力变化。从约束态和漂浮态目标的抓捕、手指在自由空间中运动这三个典型工作状态研究了差动机构的性能,结果表明其具有欠驱动、被动柔顺和输出平衡的特点。针对柔顺捕获策略的研究,构建了以混合阻抗控制为外环力控制,以计算力矩法为内环位置控制的机械臂控制方案。为了减少位置控制切换为力控制时产生的接触力冲击、缩短姿态调整时间,提出了一种基于多项式规划的变阻抗参数和变期望力算法。然后分析了抓捕约束态目标的任务特点,并基于控制算法的设计,研究了相应的柔顺捕获策略。最后搭建了柔顺捕获策略的仿真研究平台。仿真结果表明,本文提出的捕获策略可以很好的实现对约束态目标的柔顺抓捕。