随着深空探测工程在各国的深入展开，如何提高运载火箭的推力成为亟待解决的关键问题。俄罗斯、美国均具备成熟的制造大推力运载火箭的能力，而我国在短期内还无法解决制造大推力火箭存在的技术难点。但是，火箭的空间在轨组装为提高深空探测能力提供了一条间接的路径。因此，研究包含对接机构在内的火箭在轨组装技术对我国的深空发展战略具有重要意义。本文的项目背景是研制一套火箭在轨组装演示试验平台，用以模拟火箭在失重条件下的在轨组装过程。基于该背景本文的目的在于研制一种用于火箭在轨组装演示试验的对接机构，并结合已有的航天器对接流程及地面仿真系统设计经验，开展基于该对接机构的在轨组装演示试验。首先，本文分析了火箭在轨组装原理样机的工作需求，并结合国内外各类对接方案，确定了该对接系统的总体方案。然后，针对其在气浮平台上实现组装的对接特点和柔顺对接的预期要求，确定了六自由度并联机构的总体构型。针对具体的限制和约束条件，设计了各部分构件的具体结构和尺寸参数。然后，利用矩阵法对并联机构进行逆运动学分析，利用该分析得到的结论给出对接机构运动范围内各主动运动参考点和末端运动参考点形成的一组数值解，再采用牛顿迭代法计算出该对接机构的正运动学模型，最后利用仿真软件对机构的运动范围进行仿真分析。其次，在传统并联机构设计方法基础上，根据该演示试验的任务需求，确定了该机构的设计变量。利用尺度综合方法设计了条件约束变量和目标变量。通过调整优化各构件几何参数，在保证工作空间的前提下有效减小了机构的尺寸参数。最后，开展在轨组装演示试验，考核对接机构的工作空间、运动性能等综合指标，并进行实际工况下的对接试验，验证并联机构设计的合理性和有效性。