本文主要内容为多间隙空间机械臂的地面微重力试验研究,并搭建相应的试验验证系统。未来航天器的发展向着长寿命、高可靠性的方向发展,在长时间的服役过程中,关节处不可避免的会发生摩擦磨损,进而出现间隙。因此,研究微重力环境下间隙对机械臂系统动力学特性的影响,可以为延长空间机械臂的使用寿命提供理论指导。文中首先对国内外空间机械臂的发展情况、空间机械臂的动力学研究以及微重力模拟技术的研究现状进行了调研,确定了试验验证机构为平面三关节多间隙机械臂,并通过气悬浮的方式实现微重力的模拟。然后,根据关节可调间隙的要求,提出用改变一对渐开线支持圆柱齿轮中心距的方式,实现关节间隙的连续可调。详细分析了标准渐开线直齿圆柱齿轮的齿廓参数,及其实际传动状态下的啮合参数,推导了齿侧间隙与齿轮实际中心距之间的关系。根据Hertz接触理论及其相关的研究成果,推导了含间隙状态下齿轮的接触碰撞力模型。综合上述需求,设计了试验验证机构原型的三维模型,并基于ADAMS搭建其动力学模型。基于以上理论研究的基础,结合任务书的设计要求,确定了试验验证机构各个关键部位的功能,并制定了机构的详细设计方案。根据方案中的详细设计要求,对每个零件进行设计并形成零件的三维模型,将各个零件进行装配得到机构的三维装配模型。绘制每个零件的工程图纸并对其进行加工,并对加工件进行装配,初步测试其能否达到设计要求。详细设计控制系统、测量系统和供气辅助系统等试验验证的辅助系统,为试验测量提供保障。测试了整个试验验证系统,验证其能够达到预期的试验要求。最后,设计试验验证机构的试验方案,使其能够实现不同间隙情况下试验机构动力学特性的研究。基于ADAMS搭建该试验验证机构的动力学模型,并根据齿侧间隙与齿轮中心距的关系和接触碰撞力模型,设置动力学模型中的相关参数。对多间隙机械臂的动力学模型进行仿真分析,分别分析单关节、双关节和三关节含间隙机械臂的动力学特性与其各个关节间隙之间的关系。