随着我国航空事业不断发展,太空探索将成为越来越重要的领域。如今,天和核心舱、问天实验舱、梦天实验舱对接,我国已完成中国空间站建造阶段。未来,航天领域将有更多太空作业任务被提出,其中一项就是空间桁架的搭建及外部机械设备的安装。空间桁架作为太阳翼、外部作业机械臂等设备的载体,体积大、结构复杂。若由宇航员组装,则会产生安全隐患,并且组装效率低;若由传统机械臂组装,则需求的机械臂种类与数量较多,会占用较大的发射空间,造成发射资源的浪费。针对这一问题,本文汲取模块化机器人的理论,将模块化机器人构型可变、能灵活完成不同任务的优点与该问题结合,设计四种用于在轨组装桁架的细胞模块,通过细胞模块间的组合联结,重构为能完成目标任务的在轨组装细胞机器人。为验证细胞模块结构设计的合理性与可靠性,本文对细胞模块进行运动误差分析,利用正运动学求得相邻模块间的变换矩阵,再通过微分方程建立细胞模块的误差计算模型,为后续可靠度分析提供理论基础。之后基于误差模型,通过给定任意任务,运用蒙特卡洛法建立细胞模块的可靠度计算模型,验证细胞模块设计的合理性与可靠性。再将细胞模块重构为六自由度在轨细胞机器人,运用误差理论建立该六自由度在轨细胞机器人的误差计算模型,通过给定目标动作矩阵,在MATLAB中利用RoboticsToolbox模块计算该动作矩阵下机器人的逆运动学解,代入误差计算模型后运用蒙特卡洛法建立六自由度在轨细胞机器人的可靠度计算模型,验证六自由度在轨细胞机器人的可靠性。为减少机器人在大型空间桁架上向目标点运动的时间消耗,本文利用改进麻雀算法解决机器人运动路径的规划问题,通过对空间桁架建立数学模型,运用改进麻雀算法得到空间桁架环境下出发点与目标点之间的最优路径,并将该算法与其他算法比较,证明利用改进麻雀算法求解空间桁架最优路径的有效性。然后针对机器人在空间桁架上的运动要求,设计了三种桁架上行走的攀爬步态,运用Adams软件对三种攀爬步态分别进行运动学仿真,得到机器人细胞模块相应的运动曲线,验证六自由度在轨细胞机器人在桁架杆上进行三种攀爬步态的可靠性与协调性。