空间桁架作为连接空间设施不可缺少的结构,是大型空间设施建设的重要环节。由于现有的在轨操作机器人空间结构的局限性,无法满足复杂条件下空间桁架在轨组装的需求,因此设计一种满足于空间桁架组装任务的在轨操作机器人,对空间站的建设具有重要的现实意义。本文基于机器人系统的多层次理论,创新设计了四种空间桁架在轨组装机器人的异类细胞单元模块;并结合空间桁架的构型结构和多机器人在轨协同组装的工作形式,构建满足于空间桁架在轨组装的多种机器人构型方案,从而提高了机器人桁架组装的工作效率。其次,采用图论理论的拓扑表达方法,对机器人的异类细胞单元模块和构型结构进行数学描述;并在此基础上,通过A*算法和蚁群算法分别开展细胞单元模块和机器人构型转化的重构策略研究,揭示了机器人在轨衍生变化的运动机理,为不同的在轨工作机器人的构型重构提供了理论支持。同时,运用ADAMS虚拟样机技术软件,进行多种空间桁架在轨组装机器人构型的运动学仿真分析;通过分析得到机器人在桁架组装过程中,其关节旋转运动和装配运动的相关轨迹曲线,验证了机器人运动性能的可靠性与桁杆组装的准确性。最后,针对上述仿真结果,搭建机器人的运动学实验平台;通过测量机器人在桁架组装的运动过程中,桁杆传递与各关节转动的实际位置与理论位置的偏差,并与仿真结果相比,分析产生误差的原因,探讨了机器人运动误差和对桁杆装配精度的影响。空间桁架在轨组装机器人的研究成果可为我国航天事业发展和空间设施建设提供一定的技术支持,随着空间机器人技术的不断进步,将会在未来的空间在轨操作任务中发挥出更大的潜力。