从二十世纪五十年代至今,航天事业发展十分迅猛,全人类对宇宙太空的探索程度越来越高。当今世界上诸多主要国家都在重点发展航天事业,包括载人航天、交会对接、建立长期空间站等工作。但目前发射成本相较于社会生产力还是较高,因此需要采用地面微重力模拟实验的方式来保证发射上天的设备都能够完成预期的任务。地面微重力模拟实验技术一直以来受到广泛关注,各国研究人员先后提出了落塔法、失重飞机法、气浮法、悬吊法、水浮法等地面微重力模拟方法。空间机械臂由于其自身运动学和结构特点是发射上天的设备中进行地面微重力模拟实验难度最高的。本文通过研究分析,为空间机械臂设计了一种能满足其三维空间运行需求的地面微重力模拟工装,并定义了卸载效率和天地一致率作为评估其性能的指标,并进行了仿真实验。首先在力学层面上给出空间机械臂的地面微重力模拟方案,明确实验如何进行以及如何评估微重力模拟工装的性能。对空间机械臂进行动力学分析,研究它的工作原理。其次,为了微重力模拟工装有更好的性能指标对微重力模拟方案进行优化设计,研究二者间的关联,抽象为最优化问题并用遗传算法进行求解,再基于Adams软件验证优化结果。根据微重力模拟方案设计出详细的微重力模拟工装,本文根据空间机械臂的特点和微重力模拟方案的需求设计了单点悬吊式和双点悬吊式结合的三维悬吊工装,并根据仿真实验需求简化出仿真模型。最后基于Adams软件进行了仿真实验,验证了微重力模拟工装功能上的可行性。另外进行了对照仿真实验,根据实验结果对微重力模拟工装的性能进行了评估。