近年来,刚性折纸因其良好的折叠特性而被广泛应用于航空航天、建筑、军事工程等领域,尤其在太阳能帆板折展机构上拥有巨大的应用潜力。然而,以折纸为基础的机构设计主要面临着两个挑战。一个是多自由度(DOF)折纸机构不易控制,另一个是折纸方案转化为厚板方案时的干涉不易去除。为解决此类问题,本文从折纸的设计理念出发,设计了一系列单自由度机构,用于支撑小卫星可折展太阳能帆板并实现其折展运动。本文的主要工作内容如下:首先,以包裹折叠方式为太阳能帆板折展机构的运动设计方向,选取满足应用条件的折纸图案。以中心为六边形的旋转折叠折纸图案为基础,通过改变其中心多边形边数,将其演变成中心为方形的包裹折叠折纸图案,并对之进行运动分析。通过增加该折纸图案的折痕及调整其部分折痕的方向,设计出能够折叠成为立方体的折纸机构,且该折纸的折叠方式满足本文对太阳能帆板折展机构的预期设计要求。其次,运用节点拆分方法和机构运动学理论分析方法构造单自由度刚性折纸机构。为预留转动副安装空间,对折纸进行了节点拆分。通过计算确定节点拆分后折纸的具体几何参数,同时完成对节点拆分后折纸的运动分析。为保证折纸方案运动的协调性,本文还提出了增加折痕、改变折痕方向和减少拆分节点数量的方法来释放折纸的自由度。通过对各方法所得到的新型折纸进行分析,发现了3种具有单自由度的刚性折纸运动方案。最后,以上述单自由度刚性折纸方案为基础,进行厚板方案和扩展方案的设计。通过对比几种厚板折纸设计方法,其中包括偏移铰链至厚板上下表面、采用柔性铰链、修剪厚板边缘、双倍偏移铰链和偏置厚板的方法,发现偏置厚板方法具有良好的运动及运动范围保持性。本文选择该方法,并将其应用至加折痕折纸方案、拆分3节点折纸方案和对称型折纸方案中,分别完成各折纸的厚板设计。此外,通过分析,分别建立了各设计参数与折展比的关系并对其进行优化。为提高机构的折展比,本文进一步研究了对称型厚板折纸方案的扩展方案,并分别沿水平方向和竖直方向构造出两种厚板扩展方案。通过分析两种机构的运动,验证其单自由度特性并计算折展比,最终得到具有单自由度的两种厚板扩展方案。