随着空间技术的快速发展,人类对航天机构的精度要求越来越苛刻,作为引起空间机构动力学特性非线性的主要因素之一的铰间间隙,逐步成为国内外学者的研究重点之一。众所周知,目前空间机构均是在地面重力环境下进行安装和调试,但是在空间微重力环境下进行作业的。空间机构由地面转到空间环境,铰间间隙的存在与重力耦合作用,从而对空间机构的运动学特性产生影响,破坏空间机构末端轨迹精度。本文考虑重力和铰间间隙双重因素,分别研究无驱动的间隙铰和带驱动的间隙铰运动特性,然后以二自由度空间机械臂为研究对象,建立不同重力环境下含铰间间隙机构动力学模型,并设计控制算法完成空间机械臂末端轨迹跟踪控制。主要内容如下:首先,进行含间隙机构仿真研究,采用连续接触等效模型和二状态等效模型分别建立含间隙曲柄摇杆机构和二连杆机构模型。并在此基础上进行不同重力环境下,无驱动间隙铰和带驱动间隙铰运动特性分析。其次,搭建地面模拟实验平台,制造与仿真研究相应的含间隙空间机构,并设计基于柔性悬臂梁的应变测量法和基于传感器的激光位移测量法完成间隙测量。利用地面模拟实验平台进行不同重力环境、不同转速条件下的含间隙机构实验,并进行实验数据处理,分析不同重力环境下无驱动间隙铰和带驱动间隙铰的运动特性。最后,根据含间隙铰运动特性仿真和实验研究结果,选取二状态等效模型,以二自由度空间机械臂为例,建立地面重力环境和空间微重力环境两种条件下的含间隙空间机械臂动力学模型。并基于动力学模型,设计非奇异终端滑模控制算法,通过轨迹跟踪控制仿真研究,验证了控制算法的有效性。