航天器多由若干舱段组成,舱段对接是航天器装配生产过程中的主要工作内容之一,实现舱段的自动对接可显著提高航天器的装配效率和品质均一性。本文系统研究了航天器舱段自动对接中位姿计算、轨迹规划和位姿调整的关键技术,给出合理的解决方案。结合航天器舱段为圆柱体的结构特点,提出一种矢量位姿求解法,通过在舱段的圆柱面上布设特征点,利用阻尼最小二乘法求解舱段局部坐标系原点在装配空间内的位置矢量,并结合空间圆柱面方程求解舱段局部坐标系坐标轴的单位方向向量,得到局部坐标系转换到全局坐标系的旋转矩阵,进而求得舱段的六个位姿参数。对矢量位姿求解法进行数值仿真,将仿真结果与准确位姿进行对比,验证了该方法的有效性和准确性。根据舱段的实际位姿,采用五次多项式轨迹对舱段进行调姿与对接的轨迹规划,并确定舱段合理的调姿时间,保证舱段平稳、安全地完成调姿与对接,并提出一种两点调姿法,通过在对接舱段圆柱面上确定两个控制点,调整两个控制点的位置,通过两个控制点的协调运动实现舱段按照理想轨迹完成位姿调整。设计移动卡环调姿机构,移动卡环调姿机构与对接舱段构成串并联调姿系统,通过两点调姿法实现对接舱段的自动调姿和对接,并得出调姿过程中舱段的运动规律。通过ADAMS进行航天器舱段调姿与对接仿真,仿真结果表明移动卡环调姿机构结构合理,两点调姿法原理正确,可实现航天器舱段从初始位姿到达目标位姿。