随着科技的发展,人类对太空的探索在逐步深入,依赖于空间机械臂来完成的在轨任务越来越多。在过去十几年中,对空间机器人的研究多数仅限于使用旋转关节和固定长度连杆来模仿人类的手臂运动。根据不同的任务需求,来设计不同长度的机械臂。一旦机械臂设计研制完成,它所具有的工作空间与能力也已定型。“设计定型即任务定型”的瓶颈使得空间机械臂的在轨任务无法得到有效拓展,从而制约了其应用途径。此外,针对不同应用任务而重复研制的空间机械臂无疑也增加了研发成本、时间成本与发射成本,不利于愈发激烈的航天市场竞争。本文将对一种新型的可伸缩空间机械臂原理样机进行研究与设计。它既减小了自身的包络尺寸以减小运载成本,同时也可以通过自身可伸缩的特点来实现不同的空间机械臂构型,来满足更多复杂的空间任务需求。本文所做的研究工作主要包括:(1)调研国内外空间机械臂、可伸缩空间机械臂的发展现状,对比其优缺点,确定可伸缩空间机械臂为本文的研究对象;调研国内外关于空间机械臂动力学分析的研究现状,选择合适的方法对本文中的可伸缩空间机械臂进行动力学分析;(2)介绍整个可伸缩空间机械臂原理样机的研制要求,对研制要求进行指标分解提出样机系统的总体方案并对机械臂样机的部分参数进行预估;(3)对该可伸缩空间机械臂原理样机进行拉格朗日动力学建模,并利用动力学仿真软件ADAMS进行检验与校准,观察运动过程中各关节所需驱动力矩的大小,以此为依据来设计回转关节组件与伸缩组件。(4)根据所分解的功能指标与技术指标,完成了空间可伸缩机械臂的详细设计,包括伸缩组件的设计、臂杆的选型、关节组件的模块化设计、对驱动电机及传动部件进行了选型与核算,对机械臂整体、关节及其他关键零部件进行了静力学仿真分析。(5)根据技术要求,对机械臂样机系统进行控制系统设计,主要包括主控制器与通信方式。