随着人类对太空探索的逐步深入,有越来越多的在轨任务需要空间机械臂来完成。多种复杂的在轨任务会对机械臂的工作空间、工作载荷、刚度等指标有不同的要求。然而太空中机械臂的尺寸、重量又被运载火箭的性能所限制。为了解决火箭运载能力和机械臂庞大体积的矛盾,降低运载成本,本文对一种新型的空间可伸缩式机械臂杆展开了研究。首先,根据空间可伸缩臂杆设计指标,完成了可伸缩臂杆的机械结构与机构设计。通过对比分析多种形式的伸缩机构,确定了可伸缩臂杆的基本构型。为满足可伸缩臂杆高刚度、质量轻、多工作状态等需求,采取了被动伸缩、两端锁紧、被动收放线的基本方案,并使用三维建模软件,进行了详尽的机构设计。本文对锁紧机构进行了动力学仿真,确定了锁紧所需的力矩,为驱动部件的选择提供了依据。还校验了可伸缩臂杆中受力较大的零件的刚度和强度,确保了臂杆的安全性和可靠性。然后,本文对臂杆的伸缩运动进行了轨迹规划研究,并对驱动臂杆伸缩的关节开展了控制策略的研究。为减小臂杆伸缩启停时,关节加速度突变带来的冲击,采用五段三次多项式的轨迹规划方法,能有效降低关节电机的驱动力矩。还对驱动臂杆伸缩的主动关节和随动关节开展了控制策略的研究。对主动关节,采用了动态性能好、跟踪精度高的PD控制;对随动关节,采用了柔顺性好、控制简单的阻抗控制。本文还通过联合仿真验证了控制策略的效果。最后,研制了可伸缩臂杆实验样机及地面实验平台,并开展了地面实验验证。为验证臂杆的功能和性能,进行了单个臂杆的拉伸、锁紧、导线收放实验,并在臂杆锁紧状态下,测试了臂杆在不同工作状态下的刚度。为验证臂杆的整体性能和关节的控制策略,还开展了双臂杆-双关节的联合伸缩实验。实验结果表明,本文所设计的空间可伸缩机械臂杆方案设计可行,技术指标满足设计要求。