针对野外崎岖地形、太空站舱内等复杂狭窄操作环境中的刚性对接问题,构造了一种刚性对接位姿偏差评估指数,建立了目前常见对接导引方式的几何约束模型,并采用偏差评估指数就对接导引方式的约束效果进行了衡量和比较,提出逐级消除位姿偏差的基本对接方法.在此基础上设计了用于多维大偏差刚性对接的少自由度混联刚性对接机构,就对接过程中各阶段位姿偏差的变化情况进行分析,并给出刚性对接机构的具体设计参数、最大对接位姿允差和与之相对应偏差评估指数.最后,搭建了JL-2多维大偏差刚性对接机构样机平台,并进行了相关实验,实验结果与理论计算值基本相符,证明该设计方案可有效满足多维大偏差情况下的刚性对接要求.