空间机械臂在航天领域的广泛使用,大幅提高了空间站建设、使用、维护等环节的效率和安全性。随着空间任务复杂程度的提高,高性能机械臂的研制日益重要。空间机械臂一般由多个轻质细长杆组成,因此,机械臂在大范围移动时柔性臂杆会产生振动,对机械臂系统的控制精度带来了巨大挑战。此外,机械臂旋转关节间隙处产生的冲击碰撞也会引起振动。机械臂一般含有多个柔性臂杆和关节间隙,柔性臂杆弹性变形与柔性臂杆弹性变形间的耦合、间隙与间隙间的耦合、间隙与柔性臂杆弹性变形间的耦合对系统动力学特性带来了较大影响。因此,本文通过分析多间隙和柔性臂杆耦合对机械臂系统的动力学特性影响研究,为机械臂的稳定控制和运行提供理论指导。首先,本文基于柔性多体系统动力学理论,利用模态综合法建立了柔性机械臂系统的动力学模型,为了引入关节间隙的影响,引入了阶跃函数,将用于描述轴与轴承运动状态的间隙数学模型和矢量模型嵌入到柔性机械臂系统动力学模型中,形成了含间隙柔性机械臂系统动力学模型,为分析多间隙和多柔性的机械臂系统动力学特性做准备。由于间隙的存在会引起轴与轴承产生接触碰撞,为了合理描述间隙处的碰撞特性,分别采用库伦摩擦力模型和非线性弹簧阻尼模型来描述间隙碰撞产生的法向碰撞力和切向摩擦力。其次,基于以上理论支撑,以平面二自由度空间机械臂为研究对象,分析了不同弹性模量和不同柔性臂杆个数对空间机械系统动力学特性的影响规律,以及不同间隙尺寸和不同间隙个数对机械臂系统动力学的影响规律。最后,分析了单间隙与单柔性臂杆耦合对机械臂系统动力学特性的影响规律,以及不同间隙个数对柔性机械臂系统动力学特性的影响规律,为提高空间机械臂的运行稳定性提供了一定的帮助。