地面重力补偿技术是空间技术研究的一个重要方面。随着我国空间技术地不断发展，空间机械臂在太空探索中起着越来越重要的作用。为了保证机械臂在太空工作时的可靠性，在发射前需要在地面进行低重力试验。由于空间机械臂是为满足太空环境而设计的，在设计时没有考虑重力对其性能的影响，因此在地面进行试验时，需要对其进行重力补偿。本文针对大型空间机械臂的地面重力补偿试验，对补偿力进行了分析，同时完成了悬吊机构的设计。因为机械臂各杆件质心不在其回转轴线上，所以机械臂各杆件重力不能被完全补偿，给各关节造成残余力矩。对空间机械臂多吊点补偿力模型进行分析，得到各关节附加弯矩和反转扭矩与补偿力的数学表达式。以补偿力为优化变量，以各关节附加弯矩和反转扭矩的最大许用值为约束条件，以各关节力矩平方和最小为目标函数，建立了补偿力数学优化模型。由于优化模型中包含关节转角变量，因此该问题是一个多工况优化问题，采用MATLAB与ADAMS联合优化的方法，得到了补偿效果较优的补偿力。在对地面重力补偿系统进行概述后，进行了悬吊机构的原理分析和结构设计，并用ANSYS软件对关键部件进行了强度和刚度校核。为了减少主动吊索数量，利用杠杆原理，将相邻悬吊机构吊索进行合并。最终重力补偿系统悬吊子系统由5跟吊索组成，其中一根为固定吊索，其余4根为随动吊索。对重力补偿系统补偿力误差源成因进行了分析，建立了误差的表达式，通过误差综合，得到了极值误差下的重力补偿系统误差综合数据。利用PRO/E软件建立了机械臂和悬吊子系统三维模型，通过ADAMS多体系统动力学软件对悬吊系统进行了动力学仿真，对仿真结果进行分析，恒拉力系统的扬程不能小于1.35m，速度和加速度响应分别不能低于110mm/s和16mm/s2；位置跟随系统的跟踪速度和加速度分别不能低于30mm/s和5.5mm/s2。经过重力补偿后，各关节产生的附加弯矩最大为72Nm，发生在关节1，反转扭矩最大为72.5Nm，发生在关节4。