随着航天科技的迅速发展,空间机械臂需要满足轻量化、高精度及高性能等要求。但空间机械臂的轻量化、大工作半径、高负载能力等特征导致其在运动过程中因臂杆柔性引发结构变形和弹性振动,严重影响机械臂的运动稳定性和末端的定位精度。为解决臂杆柔性带来的动力学问题,本文以基于臂杆刚度主动控制的空间机械臂为研究对象,系统研究了基于臂杆刚度主动控制的空间机械臂动力学建模、实验研究及仿真分析,为空间机械臂的动力学建模和振动抑制提供了理论依据。提出了机械臂的臂杆刚度主动控制方法,建立了空间机械臂的臂杆刚度模型。采用变形耦合法研究机械臂运动过程中臂杆径向弯曲变形对轴向变形的影响,并基于假设模态法对柔性机械臂进行离散化描述,结合Lagrange方程建立了臂杆动力学模型。通过数值求解,随着绳索预紧力的增加,机械臂末端的径向弯曲变形逐渐减小,臂杆刚度逐渐增大,表明本文提出的臂杆刚度主动控制方法可以抑制机械臂运动过程中产生的弹性振动。设计了基于臂杆刚度主动控制方法的平面单自由度实验台,通过调节臂杆内绳索预紧力来调节臂杆刚度,分别研究了机械臂在不同预紧力和不同转速下的机械臂振动特性。研究结果表明,本文提出的臂杆刚度主动控制方法使机械臂发生刚化效应,抑制了臂杆的弹性振动;而在不同转速下,机械臂会随转速的增大发生软化效应,使机械臂的臂杆振动更加剧烈。结合基于臂杆刚度主动控制方法的平面单自由度实验台研究了不同转速下机械臂关节和臂杆的耦合动力学行为,研究发现,机械臂关节在电机和谐波减速器传动过程中产生的非线性摩擦、谐波传动运动滞回以及机械臂反作用于关节的力矩等因素,不仅会引起机械臂关节的动力学响应,还影响机械臂臂杆的动力学响应;此外,机械臂臂杆的动力学响应还受到臂杆刚度和阻尼的影响。通过研究获得了机械臂臂杆振动随绳索预紧力和关节转速的变化规律,并给出了机械臂刚度调节的绳索预紧力最优值。利用ADAMS虚拟样机技术对机械臂的臂杆变刚度模型进行了仿真分析。通过改变仿真参数,研究了材料参数和结构参数对机械臂动力学特性的影响,研究表明材料参数和结构参数对机械臂动力学响应影响较大,合理选择材料参数和结构参数可减小机械臂的动力学响应,这为改善机械臂的动力学性能提供了方法。文章最后推导了漂浮基空间机械臂的动力学模型,结合数值仿真验证了载体与机械臂之间的耦合动力学行为。