柔性线缆广泛存在于太空机器人本体之中,承担着信息传输、电力传输等重要功能。屏蔽层包覆的搭载线缆在太空及月球等高低温、强辐射、重力等多物理场耦合作用下,会变得异常坚硬粗重,而太空机器人关节在严格环境约束下却非常弱小。在太空机器人运动过程中,柔性线缆随机器人本体动作而发生弯曲变形,对弱小机器人关节产生强非线性干扰,导致机器人关节产生震荡。因此研究太空线缆在机器人运动过程中的物理特性及对机器人关节产生的干扰力矩,对于提高太空机器人末端作业的精准性和稳定性具有重要意义。本文建立了太空线缆非线性静力学模型及复杂环境约束模型,提出了一种新型优化算法,对模型进行了有效求解。在此基础上分析求解了太空线缆对机器人关节产生的干扰力矩,研究了太空机器人关节稳定性,为探月工程太空机器人的设计研发提供了理论支撑。本文主要研究内容如下:(1)线缆非线性静力学模型建立及求解方法研究。本文从线缆的曲率、挠率和扭转角等方面研究了太空线缆的基础物理特性,建立了太空线缆非线性静力学模型。采用微分求积法对方程进行离散,并提出了一种新型优化算法,对模型进行有效求解。此外,本文提出了一种迭代初值搜索策略,用于快速寻找合适的迭代初值。(2)空间复杂约束下线缆非线性静力学模型建立及求解方法研究。受环境资源限制,太空机器人线缆在作业环境中会受诸如点、平面、曲面等障碍物约束。本文考虑到太空线缆在太空环境中的重力、摩擦力、环境约束等多种因素,建立了太空线缆复杂环境约束力学模型,并提出了一种带约束最优化算法对模型进行求解。(3)机器人关节稳定性研究。建立了太空机器人关节力学模型,研究了太空线缆对机器人关节产生的非线性干扰力矩,分析了机器人关节不同转速下干扰力矩的变化规律。(4)实验验证。搭建了太空机器人关节测试平台,针对不同环境约束情况,比较了太空线缆对机器人干扰力理论计算结果和实测结果,并比较了线缆形态计算误差,验证了所提模型的正确性。