针对传统双面缝合技术在加工三维空间形状复合材料大型结构件的过程中,缝合位置及灵活性受到限制的问题,本文围绕单边缝合技术及相应的机器人缝合系统进行了研究,主要研究工作如下：针对纺织复合材料单边缝合线迹形成方法进行了研究,并对相应的单边缝合机械手末端缝合设备的本体结构进行了设计。分析计算了缝合动作的工作空间；采用复数矢量法建立了单边缝合设备引线、钩线及挑线机构的运动学模型,得到了各机构的运动变化规律,验证了机构设计的合理性,并根据设计要求加工出了一台单边缝合设备样机。针对单边缝合机械手的缝合行为进行了研究,基于接触力学和强度理论,从缝针力学行为角度,研究了缝针参数的设计方法；在分析缝合线稳态线环成形机理的基础上,确定了形成理想形态线环所需的缝线长度及缝针穿刺距离；为保证缝合动作的顺利完成,针对单边缝合设备中各机构在时间上的动作配合关系进行了设计与规划,通过分析机构转角与针杆位移的一般关系确定了曲柄转角之间的相位差；同时,为实现连续缝合线迹的成形质量控制,基于控制缝线供需平衡以保证缝合线迹稳定成形的思想,建立了缝线瞬时需线量分析模型以及相应的供线量分析模型,为连续缝合线迹的成形质量控制提供了理论依据,并通过仿真计算和单个周期的缝合实验,验证了理论分析的正确性。针对空间自由型面线缝的机器人缝合路径规划及离线编程技术进行了研究,基于有理B样条曲线理论,对待缝合线缝的针迹轮廓线进行了拟合提取,并编制了对轮廓线进行离散的程序。基于缝合面单元的思想,对单边缝合机械手的缝针坐标系进行了路径规划,并建立了机器人的正、逆运动学模型,搭建了缝合机械手系统工作站,在离线编程模块中对自由曲面预制件的缝合路径规划进行了缝合动作仿真。加工出的单边缝合设备样机与工业机械臂相结合,经过装配与集成调试后,组成了单边缝合机械手系统,并搭建了相应的控制系统组件。分别以二维平面织物和三维空间形状预制件为实验对象对其缝合能力进行了测试,同时针对缝合线迹形态的影响因素进行了分析。实验结果表明,本文研制开发的单边缝合机械手系统具有良好的缝合能力,相比传统二维缝纫设备来说具有更好的操作灵活性。