随着空间技术的发展,大型机械臂在空间得以成功应用,成为空间装配、搬运以及在轨维修的重要工具。空间机械手作为机械臂的末端执行器,是人类探索宇宙的重要工具,是国家科技水平的具体体现。模拟太空微重力环境是进行空间机械手研究的必要条件,也是目前存在的关键技术难点。本文研制了地面微重力试验装置,实现空间机械手对目标负载的捕获功能验证。首先,在对比了吊丝配重和其他重力补偿方法的基础上,设计了捕获目标负载的吊丝配重装置,实现六自由度运动的模拟。对吊丝配重系统进行了静力学和动力学分析,提出滑轮摩擦力和尺寸参数是影响吊丝配重系统的主要因素。合理设计滑轮可以有效的提高微重力的模拟精度。其次,推导了由自重变形引起的不平衡力矩随俯仰角的变化规律,提出不平衡力矩的补偿方法,即:将目标负载的质心与回转中心在垂直方向偏移微小距离,从而抵消由自重变形引起的不平衡力矩。针对现有的空间大型机械手,设计了两自由度机械臂。根据机械臂的形式确定支撑方案,设计了机械臂的连接和移动装置,实现了机械手的侧摆和回转运动。最后,利用机械手地面微重力试验装置,测试了机械手的捕获容差等性能指标,完成了机械手的抓捕、拖动、锁定试验,验证了机械手的捕获能力。通过试验观察,提出了软捕获假设,简化捕获容差的数学模型,提出机械手能否成功捕获目标的判据。