空间在轨服务是目前航天领域的研究热点,航天器设计朝着模块化方向发展。航天器的模块化设计使得航天器未来能够在轨组装、在轨进行模块更换、进行功能扩展、性能升级等成为可能,而上述功能的实现需要解决模块间的对接等基本问题。因此开展在轨可更换模块对接机构技术的研究已经成为人类进行深空探测的迫切需求。本文在充分深入调研国内外现有对接机构技术的基础上,提出一种全新构型的旋转T型头式小型弱撞击对接机构。本文创造性地通过异形截面零件体与弹簧构成的组件在不同力载条件下具有不同动作的特点,利用单个动力源实现T型头在对接机构捕获过程沿轴向和周向循环往复进行的复杂时序动作。同时针对模块化的对接要求,进行了对接面上对接机构布局的优化设计,实现了一种对接机构,多尺寸模块通用。针对对接机构的容差能力进行分析,建立了对接机构捕获域的数学模型,得到对接机构的捕获域,从中提取极限位姿作为输入条件,针对对对接机构在极限位姿条件下的对接全过程进行动力学仿真,获得对接过程中模块卫星的质心-时间曲线和T型头与被动端接触力-时间曲线,验证对接机构在极限条件下能否完成可靠对接。针对对接机构进行了静力学和模态分析,得到不同力载条件下和极端环境温度条件下各部件的变形情况,验证对接机构振动状态的机构锁紧可靠性。研制了原理样机,对原理样机进行了功能测试和性能测试。分别对单、双对接机构进行了锁紧与分离功能测试,证明单、双对接机构能够可靠地完成对接任务。针对对接对设计要求所提出的质量、包络尺寸、直线行程等性能指标进行了测试,验证是否满足设计指标。设计了通过测量应变片应变量,间接实现针对对接对接机构锁紧力的测量,验证锁紧力满足性能指标。利用拉伸机针对对接机构进行了连接刚度测试,证明锁紧状态下的刚度满足性能指标。