空间细胞机器人作为一种面向在轨任务的新型空间机器人,与传统的模块化机器人相比具有更高的灵活性和更强的功能性,能够实现多层次重构,以应对未来在轨服务对象大型化和复杂化的趋势。空间桁架作为航天器重要的支撑与扩展单元,要完成航天器的在轨装配维修操作,细胞机器人必须在桁架上进行攀爬和搬运操作。但空间桁架属于多节点、多杆件的复杂系统,机器人进行在轨攀爬时容易产生干涉,需要对攀爬路径进行规划,所以本文将针对空间细胞机器人面向桁架在轨攀爬规划问题展开研究。文章首先对空间细胞机器人理念进行阐述,提出连接细胞、转动细胞、末端执行细胞三种基本细胞单元。利用图论和拓扑学原理,在关联矩阵的基础上进行改进得到一种细胞迁移矩阵,直观准确的表达细胞机器人任意构型,以及不同节点之间的组织迁移过程。采用基于旋量理论的指数积公式进行不失一般性运动学推导,用以求解目标点位姿以及对可达能力进行分析。采用牛顿-欧拉法进行动力学建模。考虑桁架应用环境和细胞机器人自身特点,划分出三种广义双杆攀爬工况,能够覆盖大多数桁架攀爬任务需求。基于一致性、重复性以及无干涉原则,针对每种工况提出相应的攀爬步态,进行步态仿真分析,对比不同步态细胞机器人的关节力矩、能耗以及末端轨迹所占据工作空间等参数,仿真结果对空间机器人在轨攀爬步态选择具有重要借鉴意义。针对具体的攀爬环境以能耗为优化目标进行攀爬优化,以机器人构型和攀爬时间为决策变量,通过构型约束条件将构型决策变量量化为对杆长的优化,最终建立起运动学和动力学约束下的能耗最优优化模型。引入DE算法,进行算例仿真,采用两种不同的优化流程进行仿真计算,对比两种优化策略得到的最优结果以及所需的运算时间,从而选择出合适的优化策略,为细胞机器人进行空间任务时的构型和攀爬时间选择提供了参考。基于PID算法建立机器人攀爬联合仿真控制系统,进行相应的攀爬仿真实验,结果表明搭建的虚拟样机系统能够满足机器人攀爬控制要求。加工出三种细胞单元的样机模型,搭建三维桁架实验平台,重构出相应的攀爬构型进行实际攀爬实验。对所提出的攀爬步态进行实验,验证所提出的攀爬步态的正确性和合理性。根据攀爬优化仿真结果进行杆间过渡攀爬操作,测得机器人攀爬过程中的实际关节轨迹,与仿真规划（期望轨迹）结果进行对比,结果表明细胞机器人具有优良的攀爬性能,但控制系统的选择会对轨迹误差产生影响,实验结果对细胞机器人样机优化以及控制方式的选择具有重要的工程价值。