随着航天技术的不断发展和进步,国内对大型空间结构的需求不断增大。为满足大型空间桁架结构太空在轨装配的需要,本文根据五面体可展桁架单元可以组合成多种类型的桁架结构的特点,提出了一种五面体可展桁架单元,该结构在地面上可置于收缩状态以便于发射,发射到指定空间位置后,解除约束可展成五面体单元,然后以此为基本单元进行空间组装,获得所需的空间桁架结构。本文基于五面体可展桁架单元设计了两种折叠方式并对其进行了自由度、运动学和动力学分析。基于Maxwell几何体系必要判据,对于完全展开后的五面体可展桁架单元模型,进行分析。单元稳定性分析结果表明,展开后的五面体桁架单元作为基本桁架单元时能保证基本单元结构的稳定,是实现整体结构稳定的前提,通过基本单元上预设的连接杆,可将多个五面体可展桁架单元进行连接,组合成多种类型的桁架结构。应用约束螺旋理论和反螺旋理论对两种展开方式的五面体可展桁架单元单闭环结构和单元整体结构进行自由度分析。结果表明,当单元展开方式为五面体可展桁架单元的底面始终与设定的坐标轴平面平行时,该单元的单闭环自由度和整体自由度均为1;当单元展开方式为五面体可展桁架单元的底面与设定的坐标轴平面不平行时,该单元的单闭环自由度和整体自由度均不为1。采用D-H坐标变换的方法,对单兀展开方式自由度为1的五面体可展桁架单元进行了运动学分析。选取单元上两个运动的特殊点(代表性点),通过坐标变换求出特殊点的位置参数方程;对位置参数方程求导,得出特殊点的速度参数方程;对速度方程求导,得出特殊点的加速度参数方程。基于所设计的五面体可展桁架单元模型,利用推导的位置、速度和加速度参数方程,可计算出特殊点的位置、速度和加速度变化曲线。采用拉格朗日法对五面体可展桁架单元进行动力学分析,得到了基于扭簧驱动的五面体可展桁架单元展开时的动力学特性,求出了五面体桁架单元各个部分在展开过程中的能量参数方程。将所设计的五面体可展桁架单元模型的相关参数带入所求得的能量参数方程,计算得到了两个点在不同扭簧刚度系数下的加速度变化曲线图。利用Adams仿真软件对五面体可展桁架单元的展开过程进行了仿真,并将仿真结果与运动学参数方程进行对比。对比结果表明,理论推导的运动学方程与仿真结果基本拟合,验证了理论分析的正确性,所推导的位置、速度和加速度参数方程可以很好地描述五面体可展桁架单元的展开过程。