我国计划在2022年建成并运营近地空间站，空间站为“积木式”的组装结构，由核心舱、实验舱Ⅰ、实验舱Ⅱ、货运飞船及载人飞船等部分构成“T”字型结构，由于一些复杂的原因核心舱与功能舱在对接的时候一般只能进行轴向对接，因此在搭建空间站的过程中要用到转位机械臂，将轴向对接的功能舱转位到径向对接口，空出轴向对接口方便下一艘飞船进行对接，以完成空间站的建设。　　由物理知识可知空间站在太空中只受到微小的重力，但是由于其质量和体积巨大，不小于22000kg，导致它在转动的过程中产生很大的转动惯量，不小于3.2×105kg·m2，由于航天产品的特殊性，需要在地面上对空间转位机械臂进行充分的实验以确保其能胜任太空中的转位任务，但是在地面上模拟出实验舱转动时所产生的超大转动惯量同时还要模拟出微重力环境相对比较困难，为此针对空间转位机械臂地面实验提出了一种全物理的实验方法。　　全物理实验方法中针对超大转动惯量加载设计出了惯量模拟机构来模拟空间机械臂转位时所受转动惯量，对于微重力环境采用气浮的方法为全物理装置提供微重力环境。模拟实验舱的惯量模拟机构，它由12块质量块通过螺栓连接叠加装在安装板上最终构成重达7000kg的惯量模拟机构。分别采用牛顿-欧拉方程和拉格朗日方程对全物理实验装置进行动力学建模得到动力学方程，并带入相关数据，得到肩关节和腕关节处的转动惯量，其中肩关节处的转动惯量是一个恒值为7.6487×105kg·m2，腕关节处的转动惯量是关于空间机械臂转位角度的函数，最小值为5.0526×105kg·m2，均满足实验要求的3.2×105kg·m2。对于地面微重力环境的模拟，通过对各种地面微重力方法的比较选择气浮法作为微重力的提供方法，针对转动惯量模拟机构、空间转位机械臂和中间连接梁分别设计了不同的气浮机构，对于重达7000kg的惯量模拟机构设计了外形尺寸为1000mm×1000mm×150mm的气浮板为其提供微重力，对于空间转位机械臂和中间连接梁设计了基于气足的反重力机构为其提供微重力环境。通过试验表明两者均能够非常有效的平衡掉惯量模拟机构和连接梁的地面重力。　　全物理实验装置的工作原理，在试验时气浮平台为整个实验装置提供一个模拟太空重力的地面微重力环境，空间机械臂按照在太空中转位的轨迹进行转动，末端模拟实验舱的惯量模拟机构通过中间梁的连接，在微重力的环境下跟随空间转位机械臂进行转动，转动的过程中就模拟产生了转位机械臂在太空中带动实验舱转动时所受的转动惯量，全物理方法在整个实验过程中动力源均来自于空间转位机械臂的肩关节和腕关节处的驱动机构，并没有引进其他的动力源，所以全物理方法模拟出的数据在精度和可靠性上都比较高为全真模拟。　　通过对全物理实验装置进行动力学建模，得到空间转位机械臂腕关节和基座连接处、腕关节处、肩关节处、肩关节和中间连接梁处以及惯量模拟机构和中间连接梁处的力和力矩，并把得到相关数据中的最大值导入到静力学分析软件中对全物理实验装置进行结构分析，分析表明太空转位机械臂的形变量仅为0.13mm、中间连接梁的形变为0.004mm、支撑轨道的形变为0.012mm，移动小车的轮毂形变为0.0116mm，结果表面空间转位机械臂能够满足设计要求，全物理实验装置也能够胜任对空间转为机械臂所受转动惯量地面加载工作，即全物理实验方法也具有有效性。