空间在轨服务是目前空间技术发展的一个重点领域,空间在轨服务包括空间交会对接、在轨组装、在轨维修等内容。而空间机械臂以其良好的任务适应性,在空间在轨服务领域获得了极大的应用。本文针对一种空间在轨组装任务,提出了一种利用九自由度机械臂完成任务的方案。并以此任务为导向,设计了一款紧凑型大扭矩模块化的空间机械臂用机械臂关节。首先本文对在轨组装任务进行了分析,根据任务分析初步拟定了九自由度机械臂的相关参数,并由该参数分解得到每个关节的设计指标和功能要求。接着,根据关节的设计参数,通过计算和查阅产品手册,完成了关节零部件的选型工作。在完成关节零部件的选型工作以后,以各零部件的几何尺寸为基础,完成了该紧凑型大扭矩模块化关节的所有结构详细设计工作。之后,根据机械臂在实际工作中的两种典型受力状态,对完成初步设计的关节模型,进行了静力学的有限元分析,找出了关节模型中的薄弱处。分析计算结果表明,初步设计的关节模型中,谐波输出轴存在刚度不足,走线孔存在应力集中现象,用于关节连接的上伸板和下伸板存在刚度不足的问题。然后根据分析的结果对谐波输出轴和关节外壳进行了改进设计。对改进后关节模型的有限元分析结果表明,谐波输出轴最大应力下降了40%,刚度提升了28.8%,关节间连接板的变形量减小了28.9%,以上结果说明改进措施效果显著。最后本文设计了一款输出扭矩为150N·m的摆线针轮行星减速器。为了减小体积,将摆线针轮行星减速器常见的悬臂式针齿改为了卧枕式针齿。然后,根据新的针齿结构,设计了一款摆线针轮减速器。之后,针对摆线针轮行星减速器的几个重要参数和卧枕式针齿的结构特点,推导出了新的摆线针轮行星减速器优化目标函数和边界条件,利用MATLAB的遗传算法工具箱,进行优化,最后使用有限元分析软件对减速器进行分析,以验证其结构强度是否满足要求。