随着我国航天事业的不断推进与发展,外太空实验项目种类越来越多,实验环境也愈加复杂。针对外太空探索过程中对科学手套箱的迫切需求以及微重力科学手套箱系统和国内外典型手套箱产品设计的不足,本课题旨在设计一种应用于外太空实验的微重力科学手套箱系统,为微重力科学手套箱的设计与制造提供设计理论与方法。首先,完成了手套箱系统的机械结构的设计。机械结构部分包括主箱体结构、监控系统控制臂和辅助系统结构,主要完成了主箱体的外观、密封、尺寸以及装配设计;完成了监控系统控制臂的传动方案、控制方案设计及主要零部件设计和计算;基于D-H参数法建立了控制臂连杆坐标系并完成了其正逆运动学分析;制作了控制臂的仿真动画,验证了其运动的可行性;完成了辅助系统结构设计,主要包括摄像头支架、操作口、取件口和手套箱支架。然后,完成了手套箱系统的有限元分析。使用ANSYS有限元分析软件对手套箱机械结构中的主要结构进行了强度校核,分析结果验证了设计的结构均满足相应的强度要求。最后,完成了手套箱控制系统的方案设计,并提出了相应实现方法。手套箱控制系统主要包括真空密闭系统、实时监控系统和空气循环系统。真空密闭系统采用油扩散泵与机械泵组合的抽气系统,并完成了主、配泵的选型设计与验证计算;完成了实时监控系统软件框架设计及视频采集传输设计,采用MJPG-Streamer视频服务器软件实现了监控影像的传输;完成了空气循环系统的风道设计并绘制了风道示意图。综上所述,本课题从机械结构与系统功能两个方面对微重力科学手套箱系统进行了研究与设计,保证了系统机械结构的稳定性并实现了真空密闭、实时监控及气体净化循环功能,对实际搭载升空的科学手套箱系统的研制开发具有一定借鉴意义。