面向太空垃圾回收、辅助变轨、在轨维修等复杂空间在轨操控任务,宇航机构需具备对空间非合作目标的追踪与捕获的能力。因此,要实现对空间悬浮目标的抓捕与操作,迫切需要研究大尺度、多活动度、多工况的新型空间机械手机构,其特点是作业范围大,整体刚性好,可根据任务需求改变自身工况与构型,从而实现对空间目标进行机动灵活的在轨作业。本文提出一种可满足空间抓捕机械手折展、抓捕和操作功能要求的变胞单元——3RRlS变胞并联机构,该单元变胞运动源自一种结构紧凑、重量轻的l S变胞关节,其可在胡克铰（l S1）和球面副（l S2）之间切换。因此3RRlS变胞并联机构共有4种变胞构态:3RRlS1、3RRlS2、2RRl S1-RRl S2和2RRl S2-RRl S1。通过旋量理论分析四个构态的自由度、过约束、奇异性和伴随运动。根据机构几何约束推导3RRlS变胞单元的位置方程和伴随运动方程,验证机构运动旋量定性判断机构是否存在伴随运动的结论。搭建l S变胞关节和3RRlS变胞并联机构样机平台,对其变胞功能进行实验。基于3RRlS变胞单元,本文构造基于单元两驱动配置的n（3RRlS）变胞串并联式机械手指,对其拓扑结构描述、驱动配置、同构判定和工作空间进行分析。提出一种支链排列编码方法描述n（3RRlS）变胞串并联机构的拓扑图,分析3RRlS变胞单元、双指节手指和三指节手指的拓扑结构和支链码,简便直观地实现驱动配置构型和可控变胞构态的同构判定。提出一种操作简单、计算效率高的n（3RRS）串并联机构的工作空间求解方法分析所有驱动配置构型的工作空间,优选工作空间最大的驱动配置方案。搭建三指节手指样机平台,对其变胞运动功能和位置精度进行实验。本文基于几何约束条件推导3RRlS单元的雅可比和海森矩阵,递推和归纳n（3RRlS）变胞串并联式手指的速度和加速度方程。考虑杆件柔性、结构约束力和机构运动因素,根据小变形叠加原理,提出结合旋量理论和矩阵位移法建立n（3RRlS）变胞串并联式手指的刚度模型。对比n（3RRlS）机械手指在不同构态和不同受力情况下的变形,分析变胞关节对n（3RRlS）机构刚度的影响。搭建三指节手指刚度实验平台,测量三指节手指样机在不同构态下的刚度,验证变胞关节对机械手指刚度的影响。基于虚功原理推导3RRlS变胞单元和n（3RRlS）变胞串并联式手指的动力学方程,通过Sim Mechanics仿真验证3（3RRlS）机构的运动学和动力学理论结果。本文分析空间抓捕机械手的抓捕范围和抓捕静力学,确定其结构参数。根据抓取力平衡和优化需要,进一步将接触力子空间分别分解成关于关节力矩和外力矢量的两种表达式,推导存在被动力情况下的力封闭性判断方法。采用线性多面锥近似非线性摩擦锥,建立考虑被动力的抓取力优化数学模型。针对指尖抓捕和约束抓捕两种抓捕方式,对双指机械手和三指机械手进行抓取力封闭性判断,进一步根据抓取力优化模型计算抓取力。三指机械手采用约束抓捕方式时满足力封闭性抓捕,具有最优的抓捕性能。搭建三指节手指抓捕实验平台,测量被抓物体在三指节手指约束抓捕和指尖抓捕下的接触力,验证机械手的抓取力封闭性和理论优化结果。总之,基于3RRlS变胞单元两驱动配置的n（3RRlS）变胞串并联式机械手捕获机构可以实现折展、抓捕和操作功能,有利于降低机构重量和操控难度,提高机械手的刚度、精度和可靠性。