兵器、航空、航天领域经常存在大型舱段精密装配对接工况,其对接精度要求高,对接舱段重量大、运动范围受限等条件使得承载舱段的六自由度平台的设计、控制难度极大,尤其在外部视觉、激光等位置测量装置和场地空间等条件限制下,六自由度平台通常难以保证始终处于非奇异工作空间。对于这类对接法兰面上包含大型凸起的舱段,舱段对接过程中必须沿指定方向作长轨迹运动,而这些长轨迹有可能接近或进入位形奇异区。本文围绕六自由度平台在固定姿态下位形奇异表达式,探讨以位形奇异为约束条件的长轨迹规划方法,通过仿真和试验展开研究,主要内容如下:针对航空领域典型舱段的结构特点,将凸出对接法兰面的结构转变为装配工艺中的约束条件,研究大型舱段对接精密装配的工艺方法,用解析表达式分段描述装配路线,将装配工艺转变为调姿机构的运动轨迹和姿态约束。相对于单纯的六自由度平台运动学建模,本文将待装配舱段与六自由度平台结合起来建立统一的运动学模型,研究待装配舱段与六自由度平台之间相对姿态对运动学反解的影响,在运动学反解算法中将待装配舱段与固定舱段之间的相对运动转变成六自由度平台的多缸运动量,为六自由度平台的轨迹控制提供方法。相对于单纯的六自由度平台的位形奇异研究,将装配路径上的姿态约束和长轨迹运动转变为固定姿态的位形奇异研究,建立了六自由度平台的固定姿态的位形奇异解析表达式,探讨了不同结构参数下位形奇异解析表达式之间的异同,获得了典型姿态参数条件下的位形奇异解析表达式的具体参数。在Matlab环境中进行了六自由度平台的几种典型奇异仿真和固定姿态下位置奇异仿真,获得了指定结构参数条件下六自由度平台的位形奇异仿真结果,并建立了一个基于六自由度平台的自动装配系统,设计了基于激光跟踪的典型舱段自动装配试验,规避了指定装配路径下的位形奇异,通过典型舱段的对接装配试验进行了装配试验验证。