锥杆式对接机构相对于异体同构式对接机构而言,其包络范围小、质量较低,在空间对接中得到了广泛的使用。随着在轨维修与服务技术的发展,航天器对接过程存在对冲击敏感、低扰动等特殊要求,传统刚性锥杆式对接机构由于其刚性接触、刚性调姿的特性,其应用受到一定的局限。提出一种以弹簧作为柔性杆、使用卡爪式捕获锁的柔性对接方案,本方案采用柔性对接杆代替刚性对接杆进行对接,对接杆在捕获过程中自适应弯曲滑入对接锥,实现软接触、柔顺调姿的目的。同时,将对接机构采用周边模块化布置,为大型航天器对接过程中柔性杆调姿能力较低等问题提出解决方法,并对柔性对接模块的布局方案进行优选。考虑机械臂辅助停靠式对接工况,采用D-H坐标变换方法建立所述柔性捕获与对接机构的运动学模型,并使用Hertz接触力理论建立导向头与对接锥在捕获过程中的相互作用模型。通过能量等效理论和绝对节点坐标法建立弹簧的等效杆模型及动力学模型,并通过拉格朗日乘子法建立捕获过程的刚柔耦合动力学模型,并对这些模型通过ABAQUS/Explicit动力学仿真验证。建模并分析单模块对接机构捕获域,得到在给定初始偏差下可靠捕获的判别方法。通过建立的动力学模型改变对接机构参数并进行数值模拟,研究捕获过程中的接触形式,进而分析并得到接触力与各参数的耦合关系,给出低接触力捕获的参数选择方法。此外,针对多模块对接工况,分别提出其捕获可行性的判据及捕获时对机械臂扰动的判别方法。研制了柔性对接机构的一套单模块原理样机及并搭建试验测试平台,开展对接机构捕获与对接功能试验、分离性能测试、轴向拉伸刚度测试等,试验结果表明研制的对接机构各方面性能均满足设计指标要求,验证了所提柔性对接方案及建立的理论分析模型正确性。