随着中国空间站建设与空间探测技术的快速发展，空间机械臂在大型任务中的作用不断显现。为满足各种任务下的使用要求，设计建造的空间机械臂构型尺寸不断增大，重量随之增加。空间机械臂在发射阶段承受最恶劣的力学环境，锁紧机构必须将机械臂可靠锁紧。目前原有的多种原理形式的锁紧释放机构难以满足空间机械臂锁紧任务需求。因此，开展新型空间机械臂锁紧释放机构研究已经成为空间探测任务的一个重点。本文针对空间机械臂结构尺寸及质量分布特点，提出锁紧点布局方法，首先确定了最少锁紧点数量，结合锁紧点增加策略，最终确定了空间机械臂锁紧点数量及位置。研制了大承载分布式的锁紧释放机构。该锁紧机构利用分瓣螺母的开合，完成对预紧螺栓的连接与分离。采用分瓣螺母周向布置滚柱，外部驱动弹簧周向驱动解锁形式，实现以滚动摩擦代替滑动摩擦，降低了解锁所需要的驱动力矩，增强了解锁可靠性。通过对锁紧状态下机械臂开展模态及动力学响应分析，得到锁紧状态下机械臂模态频率及振型，同时检验了锁紧机构的承载能力。对空间机械臂锁紧机构进行机构拓扑优化分析，并改进结构设计，使其在满足使用功能要求的同时机构受力更合理，质量更轻，提高产品可靠性。研制了空间机械臂锁紧释放机构的试验样机，并提出等效位移量加载方法，有效控制了锁紧机构预紧力加载误差。通过对样机的各方向刚度实测，检验了设计机构刚度、强度的准确性。完成了锁紧状态下机械臂的振动试验，获得了该状态下整体基频特性以及锁紧机构关重件的应力变化，验证了大承载分布式空间机械臂锁紧释放机构满足各项设计指标。