在宇航工程的建设过程中,由于运载火箭受到空间的限制,许多航天设备不可能以工作时的完全状态进入太空,随着航空航天科技的发展与进步,拥有占用空间小、节约成本等优点的可展机构受到了前所未有的关注与研究,并得到了广泛的实际应用。可展机构可以根据其工作状态的变化进行机构形态的展开与收拢,从而提升空间使用的效率,并且保持一种稳定的结构状态从而承受一定的载荷。相对于其他种类的可展机构,伞状可展机构虽然拥有更高的精度要求,但是其具有便利的展开过程与有效的承载能力。为了使伞状可展机构具有更为有效的承载能力,本文根据仿生学与机构设计的的理论与方法,通过对蜘蛛网结构外形及其承载性能的研究与分析,设计了一种以平面四杆曲柄滑块机构为可展单元的伞状可展机构,该机构结合了蜘蛛网的散力特点,具有较高的承载性能。在本文中具有以下几点主要的研究内容:首先,基于仿生学的理论与方法,提取蜘蛛网结构的外形特征和单元结构,提出了一种简化的蜘蛛网结构模型,根据蜘蛛网结构模型的结构单元提出了一种平面四杆曲柄滑块结构的可展单元,基于该可展单元设计了一种可以在空间内有效地展开与收缩的伞状可展机构。其次,通过对蜘蛛网结构承载特点的分析,确定了捕丝间距与捕丝角度两个影响蜘蛛网结构强度的变量。基于蜘蛛网结构的简化模型建立其三维模型,通过Ansys Workbench对其进行静力分析,得到其最易破坏结构的受力点。然后,基于最易破坏结构的受力点,通过Ansys Workbench软件中的优化模块对蜘蛛网结构模型的捕丝间距进行优化,得到优化后的捕丝间距比例为d₁:d₂:d₃=1:2.1:4;通过对单层蜘蛛网结构刚架模型的强度分析,得到蜘蛛网模型捕丝角度为7°时,其网面具有更高的强度性能。然后,基于对蜘蛛网结构模型强度性能的优化结果对伞状可展机构进行参数设计,得到强度性能最优的伞状可展机构模型,通过仿真软件对优化前与优化后的伞状可展机构模型进行仿真分析。结构表明:在相同位置受到相同载荷时,优化后的伞状可展机构的最大应力值小于优化前的伞状可展机构,其强度性能得到有效的提升。最后,根据伞状可展机构的三维模型,利用3D打印技术制造物理样机,并完成装配和调试。通过控制伞状可展机构中单个结构单元中滑块的移动,观察到样机具有良好的展开与收拢的运动过程,证明该伞状可展机构具有有效的机械性能和工业制造的可行性。