随着现在科学技术的发展,模块化机械臂得到广泛的应用。在一些特殊领域,对模块化机械臂应用的要求越来越高。模块化机械臂在航天领域中的应用趋于精细化,任务趋于复杂化。但是由于受到模块化空间机械臂自身结构的影响,空间机械臂在完成任务过程中不可避免的存在着运动误差、迟滞、非线性刚度等问题。传统的机械臂关节的简化建模方法已经不能满足现在控制等方面的需求,因此需要进一步研究关节的细化模型。本文根据国家973计划项目对机械臂以及关节输出特性进行了研究,提出了关节细化模型中的运动误差和迟滞的建模方法。在分析国内外模块化机械臂以及空间机械臂关节研究现状的基础上,结合论文设计要求,完成了对机械臂整体方案的设计和方案的分析论证。分析了空间机械臂地面实验平台系统,完成了对整个机械臂的总体构型方案的设计,利用三维软件对机械臂进行了结构建模与虚拟装配。根据实验平台的设计要求,提出机械臂关节的各项设计指标,最后完成了对机械臂关节的整体方案设计,包括机械臂各部分的具体尺寸、定位精度的计算、运动学建模等。根据空间机械臂地面实验平台的设计要求,分析关节设计指标,详细分析关节各部分的性能,完成了对关节主要零部件的选型,完成对关节的具体结构设计。对关节进行受力研究,分析出关节中受到扭矩影响最大的零件。利用三维软件将主要受力零件进行建模,对这些零部件进行强度校核。结果表明：机械臂关节结构的设计、零部件的布置和安装符合要求,整个关节传动合理,关键零部件满足指标的强度要求。根据分析本文的研究任务,分析了机械臂关节细化模型,提出了一种包含有关节运动误差的机械臂关节的迟滞模型。分析了关节的输出特性,研究了存在运动误差和迟滞的原因。根据对机械臂关节输出特性的研究,完成了对关节运动误差以及关节迟滞的建模。在仿真软件中搭建仿真实验模型,对建立的模型进行仿真实验研究。结果表明：该模型体现出实际关节的特性,为基于模型的控制提供了理论依据。为验证论文所研究的机械臂关节输出特性理论的正确性,为验证本论文提出的包含关节运动误差的迟滞模型的正确性,建立关节特性验证实验平台。设计关节特性实验接口件,搭建实验平台。设计验证实验,并在实验平台上完成了机械臂关节运动误差、关节迟滞的实验,验证了机械臂关节运动误差以及关节迟滞的理论的正确性,所建模型的正确性。