為確?？臻g機器人在軌任務(wù)的成功執(zhí)行，需要在地面進(jìn)行充分的實驗以驗證和評估空間機器人的路徑規(guī)劃、控制算法等關(guān)鍵技術(shù)。在地面進(jìn)行實驗驗證，難點是需要模擬空間的微重力環(huán)境，從原理上講，微重力環(huán)境的產(chǎn)生一般有三種原理：自由落體運動，可形成失重環(huán)境，如在微重力塔中釋放空間 機器人；利用地球引力做勻速圓周運動，如在航天飛機或空間站上開展的微重力實驗；利用平衡力抵消重力，如采用吊絲配重、氣足支撐或中性液體的浮力抵消重力，亦可形成微重力環(huán)境。從實際系統(tǒng)的實現(xiàn)上講，目前的空間機器人地面實驗系統(tǒng)主要有六類：基于自由落體運動的實驗系統(tǒng)、基于拋物線飛行的實驗系統(tǒng)、氣浮式地面實驗系統(tǒng)、水浮式地面實驗系統(tǒng)、吊絲配重實驗系統(tǒng)以及硬件在回路的混合地面實驗系統(tǒng)(數(shù)學(xué)模型與實物相結(jié)合的)。
各種實驗系統(tǒng)有著不同的實現(xiàn)方式和應(yīng)用背景，也有著不同的優(yōu)缺點?；谧杂陕潴w運動的實驗系統(tǒng)可以進(jìn)行三維空間的微重力實驗，能產(chǎn)生近零重力環(huán)境，但是空間機器人的外形尺寸受到限制，單次微重力實驗時間短?；趻佄锞€飛行的實驗系統(tǒng)的微重力級別較高，缺點同基于自由落體運動的實驗系統(tǒng)類似，并且實驗后的數(shù)據(jù)處理較麻煩。平面氣浮式實驗系統(tǒng)技術(shù)成熟，建造周期短，易于實現(xiàn)及維護(hù)，適應(yīng)性強，對機器人的結(jié)構(gòu)沒有太多限制，但是只能實現(xiàn)平面的微重力實驗(二維的平動和一維的轉(zhuǎn)動)。水浮式實驗系統(tǒng)要求空間機器人原型樣機不能直接在水浮系統(tǒng)上進(jìn)行測試，必須進(jìn)行專門的設(shè)計以避免受到水下環(huán)境的影響，另外，水的阻力以及慣量會改變空間機器人的動力學(xué)特性。吊絲配重系統(tǒng)的優(yōu)點是可以進(jìn)行三維空間的重力補償，實驗時間不受限制，但精度不夠高，難以辨識懸吊系統(tǒng)的動摩擦力，由于空間機器人和懸吊系統(tǒng)之間存在耦合振動，還可能使得整個系統(tǒng)不穩(wěn)定。
