我国近年将陆续启动并继续实施载人航天、空间站建设、月球探测、空间探测器试验等重大航天科技工程,航天器是实现这些计划的主要载体,这些航天器多为大尺度宇航结构物,当前运载火箭的储藏空间已经不能满足大尺度航天器运载的能力,可实现折叠与展开的机构成为了大型航天器组成机构的最佳选择。本文以铰接式可折展机构为研究对象,从构型综合方法、机构设计理论、大型模块化可折展机构网络的构建、大尺度可展开机构的多目标优化方法等关键技术进行了深入的研究。　　首先,单闭环可折展机构是大型可折展机构网络的基本组成单元。基于位移 Lie群理论,本文提出了一种直观的运动度分析方法,使得设计者可以方便直观地判别机构的自由度类型。基于该方法,本文首先对具有对称运动度的开环机构进行了综合,然后把任意两种具有非空运动度交集的对称开环机构连接成为单闭环机构,得出了一系列具有对称运动度的单闭环新型运动机构,为可折展机构的设计提供了大量可行的构型基础。　　其次,运动机构的构件必须满足一定的几何形貌条件才可以展开或收拢成为期望的构态。本文对可折展机构的展开状态和收拢状态作了严格的定义,对于5转动副到8转动副单闭环机构之间的可能性展开形貌做了系统化的综合,提出了基于投影法的的可折展机构的几何设计方法,通过定义可折展机构的展开平面与收拢平面,然后利用连杆与关节轴线在这两个特殊平面的投影关系,再利用空间解析几何方法,获得机构连杆与关节相对位置的几何条件,最终得出运动机构实现可折展运动的几何条件。　　然后,大型空间可折展机构是由大量的基本可展开单元按照一定的机构学原理连接而成的多闭环机构系统。本文提出了基于“变参数运动度”的多闭环机构运动度分析方法,把多闭环机构等价成为了变参数的单闭环机构,并推导出来参数改变与机构姿态变化之间的关系,得到多闭环机构可动连接的几何条件。基于所提出的方法,系统化地综合了基本单闭环可折展机构的可动连接方式。提出了多种性能良好、具有较好应用潜力的大型可展开机构网络。　　再次,大型多闭环可折展机构系统中存在大量的运动学冗余约束,这种冗余约束一方面可以增加机构刚度、提供多重约束以避免不稳定自由度发生,另一方面也会使得机构对几何参数要求极为苛刻,增加机构的加工制造成本,使得机构难以装配甚至无法装配。基于 Lie群理论中关于约束空间相关性的理论,本文提出了机构冗余度的分析方法、自由度稳定性分析方法和单闭环过约束机构在不改变杆件运动轨迹的条件下机构约束正常化设计方法。基于所提出的方法,形成了采用多闭环过约束以达到自由度稳定化,单闭环降低冗余约束度以减少机构对几何尺寸要求过分苛刻的多闭环机构设计方法。　　最后,大型可折展桁架机构的参数设计涉及到大量的设计参数和设计目标,单次目标函数计算相对耗时,传统的优化设计方法已经很难满足该类复杂系统的优化设计要求。本文提出了基于群智能搜索思想的多目标优化方法,每个局部搜索算子不需要在每次迭代过程中都与当前全局最优个体进行比较,而是在找到局部最优点后再与当前全局最优点进行比较,如果某个体发现自己并非当前全局最优点,则立即跳出当前搜索区域进行其它区域的搜索。从而极大地提高了搜索效率和全局最优化性能。基于本文构型综合与可动装配理论,对本文提出的一种新型双层可展机构网络,并且基于所提出的算法进行了多目标优化设计,成功获得了Pareto多目标解集,获得了多目标之间的内在联系。基于优化结果进行了样机研制,最后进行了机构的刚度与固有频率测试,实验结果表明机构具备了良好的刚度与固有频率特性。为大型可折展机构的进一步研究与试验提供了理论与工程基础。