随着航天事业的不断发展,越来越多的空间任务将需要宇航员参与完成。现通常采用空间机械臂辅助宇航员完成操作任务。为增加机械臂的工作空间,满足多样化的任务需求,采用大小臂串联分时独立的工作方式。大臂作为小臂的基座将小臂带到期望区域后,小臂完成最终的操作任务。对于不同的任务,大臂会有相对应的构型,刚度特性也不相同。本文研制了一种能够模拟多种大臂构型刚度特性的地面试验变刚度三维柔性基座。首先,对大臂进行了刚度特性分析,得到了在忽略臂杆柔性以及考虑臂杆柔性情况下,其刚度随肘关节角度的变化曲线并加以对比,发现臂杆柔性对大臂刚度有不可忽略的影响。在考虑臂杆柔性的情况下,对任务构型下的大臂进行了刚度特性分析,得到其空间六自由度刚度阵,并将其转换为平面三自由度刚度阵,并以此为依据提出了地面试验变刚度柔性基座的设计指标。其次,设计了一种基于杠杆变刚度原理、齿轮齿条耦合原理以及钢带轮增速原理的柔性基座。通过两种不同形式的杠杆机构实现了柔性基座刚度的可调,通过齿轮齿条实现了各自由度之间的耦合,通过刚带轮增速机构实现了直线行程的放大功能。为便于机构设计,定义了柔性基座等效刚度的概念。利用Adams对柔性基座进行了仿真验证。利用Ansys对关键零部件进行了强度分析,保证其设计的可靠性。然后,对柔性基座四种装配位置的等效刚度进行了建模分析,得到其与变刚度模块可变参量之间的关系。分析了柔性基座等效刚度误差的来源并提供了柔性基座安装位置的选择流程。对柔性基座变形过程中的摩擦力进行了建模分析并提出了补偿策略。针对柔性基座进行了动力学建模分析以及模态分析,得到其动态特性。最后,搭建了基于空间机械臂地面实验系统的柔性基座实验平台。对柔性基座的静态刚度特性以及动态特性进行了测试。验证了柔性基座的有效性与正确性。