作为我国空间站战略计划实施的重要组成部分,模块化机械臂随着航天事业的发展,使得航天任务的执行向着更高精度,更高效率的方向发展。为了满足航天器舱内外各种任务对机械臂的需求,尤其是解决空间站复杂多样的在轨维修维护以及舱外的运行监测等问题,因此本文设计一款可重构式空间机械臂,来分析针对具体任务的构型研究。首先对组成机械臂的典型模块进行设计。基于模块化可重构机械臂的设计思想,设计组成机械臂不同功能的典型模块,对各个功能模块的内部传动结构和外形尺寸进行设计。通过对空间机械臂末端功能模块的研究,结合空间站典型的任务需求,建立相对完备的典型模块集合。各种功能的典型模块的研究是冗余式可重构机械臂的构型搭建的基础。其次搭建机械臂构型,为研究机械臂的直线运动模块对整个机械臂构型的影响,以空间站的典型操作任务-螺钉的拆卸为例,搭建了 3种机械臂构型。基于搭建的机械臂构型,建立正运动学方程;采用BP神经网络对构型的逆运动学进行求解;采用蒙特卡洛的方法对机械臂的工作空间进行预测;采用MATLAB的robotics Toolbox工具箱对工作空间、运动轨迹及其运动学参数进行仿真验证。建立机械臂的拉格朗日动力学方程,利用微分变换法求得速度的雅克比矩阵,并使用Adams对机械臂进行动力学仿真分析。最后建立机械臂构型评价函数,比较3构型对任务的适应程度。结合运动学和动力学分析结果,研究直线运动模块的位置变化对整个构型的影响。分析评价机械臂性能的指标,并针对典型任务设定任务的刚性要求,选择正确的评价指标对3个构型进行指标的计算和分析,并利用评价函数对各个构型的指标进行综合,得到使用该任务的最优构型。