随着航天领域的不断探索,空间碎片捕获逐渐成为近几年的热门研究方向。该技术不仅可以用来清除日益增长的空间碎片,拯救宝贵的轨道资源,在战争时期也可以用来捕获敌方卫星。刚柔结合捕获方式可适应性高,对服务卫星的姿态扰动较小,控制又相对简单,因此刚柔结合捕获方式占据了太空碎片清理研究主流。本文主要设计了一种捕获爪式新型柔性抓捕机构,针对该抓捕机构进行了运动学分析、同步展开性分析、高精度柔性动力学仿真,最后研制新型柔性抓捕机构原理样机并组装调试,设计地面实验并通过仿真确定实验初始条件。首先,本文设计了新型柔性抓捕机构,详细说明了总体方案设计、传动机构设计、捕获爪设计、压紧装置设计及捕获流程。通过对捕获爪运动学的分析,在明确设计变量、目标函数、约束后,利用多目标函数分目标乘除法得到捕获爪参数最优解,完成负载力矩的计算并对关节及丝杠选型,对关键零部件静力学分析。然后,本文对基于牛顿欧拉算法的恒力矩铰链驱动力矩进行计算。在建立捕获爪坐标系后,利用简化牛顿欧拉算法,对恒力矩铰链展开同步性进行最优解解算,得到驱动力矩后,在ADAMS中构建动力学模型,校验驱动力矩合理性后,完成恒力矩弹簧参数设计。而后,本文对新型柔性抓捕机构捕获流程进行高精度柔性动力学仿真。在ANSYS中通过模态分析测出单根捕获爪的前6阶固有频率,在ADAMS中通过离散杆和柔性梁的建立以及线性分析手段,使得单根捕获爪频率最大限度地接近已测出的固有频率,并对抓捕任务流程进行设计,预设多种极限工况,验证了新型柔性抓捕工具方案的合理性,给出了新型柔性抓捕工具的容差能力。最后,本文对设计的零件加工、组装与调试,研制了新型柔性抓捕机构原理样机,设计了空间碎片清理地面实验系统,对关键件有限元分析校核。在ADAMS平台上进行了空间碎片清理地面实验动力学仿真验证,验证了地面实验方案的合理性,并得到地面实验的初始条件。