由于一定的设计缺陷或者技术故障,部分曲面可展机构在工程应用中未能完全展开,从而导致预设任务失败,并带来了巨大的经济损失。为了提高曲面可展机构的可靠性和整体刚度,本文提出了一种大型曲面可展桁架式机构,并在构型设计、自由度分析计算、展开运动学和动力学分析以及组网机构的奇异消除等方面展开了深入的研究。针对大型曲面的设计需要,基于中心投影原理,得到了全展开状态下的可展机构的理论模型,并得出了组网机构的单元轮廓均为非对称三棱台。针对此单元轮廓特点,对其进行了构型设计。本文以平面对称双4R机构为基础,辅之以空间7R机构和平面对称双5R机构,扩展得到了三棱台单元机构,并进一步运用螺旋理论计算验证了此机构的单自由度折展特性。为了分析其运动学特性,运用D-H参数法建立了可折展三棱台机构的运动学模型,求出了机构内任意质点的位置、速度以及加速度表达式。基于运动学分析,进一步建立了本文所提可折展机构的展开动力学模型,运用拉格朗日法推导了驱动力矩与展开过程相关运动参数之间的表达式。由于本文所提桁架式机构内部潜在运动奇异问题,针对该机构中运动奇异的消除方法,一方面,本文设计了弹性关节用以替换存在奇异的刚性构件,从运动仿真和自由度计算两个角度验证了弹性替换不影响机构的单自由度特性;另一方面,基于大型组网机构提出了两种潜在奇异构件去除方案,并通过运动仿真验证了其不影响整体机构的单自由度性质。为了进一步验证原始单元构型的折展性能以及引入弹性关节的三棱台机构的奇异消除和折展性能改善效果,本文还完成了三棱台单元样机的制造与装配,同时搭建了测试系统以进行相应的实验。综上,本文所提大型曲面可展桁架式机构为同类型由单元扩展所得的单自由度可展组网机构提供了一种新的设计思路,且本文所提奇异消除方案对拥有多闭环、多冗余约束机构的折展稳定性和可靠性的提高有一定的参考价值。