随着载人航天技术的发展,空间交会对接技术也得到了迅速发展和广泛应用.特别是中国神舟五号载人飞船的发射成功,交会对接技术在中国的发展也处于更重要、更紧迫的地位.在对接过程中,存在着损坏对接机构甚至飞行器的危险,为了保证对接机构的可靠性,必须进行有关地面试验.具有两自由度平动和三自由度转动的五自由度空间对接仿真试台就是应用于地面试验的重要设备,主要用于检验载人飞船机电混合式对接机构的缓冲特性及能否保证空间对接任务的实现.两自由度转动装置就是该试验系统的重要组成部分,该文对其进行了分析研究,内容包括方案分析确定、结构优化及测角系统的设计.结合五自由度空间对接仿真试验台总体特点,对两自由度转动装置提出了摩擦力矩小、结构紧凑、质量轻、以及高强度、高刚度等设计要求.根据上述设计要求对气浮支撑方案、液压支撑方案、四点支撑方案和机械式抗弯件结构方案进行了论证分析,综合各方面因素最终选择机械式抗弯件结构方案作为实施方案.依据系统的结构紧凑、质量轻的要求,对两自由度转动装置的关键部件进行了结构优化设计.该文采用基于小波分析的约束随机方向优化方法.优化过程中,利用了小波分析能够快速检测函数奇异性的特点,快速寻求最佳初始点,从而达到提高优化速度的目的.运用ANSYS有限元分析软件,对优化后的实体模型进行分析,验证了优化结果的正确性.针对两自由度转动装置的结构特点,该文设计了柔性测角装置,进行转动角度测量.通过试验,说明所设计的测角装置的测角精度能够满足精度要求.