在未来的空间活动中,空间机器人将要发挥越来越重要的作用。利用空间机器人代替宇航员完成建造空间站、维修和回收失效卫星将是人类空间活动的发展趋势。因此,研究空间机器人是十分有意义的。本文围绕空间机器人的特点,主要进行了运动学、动力学建模、自由漂浮状态下的路径规划和轨迹跟踪自适应控制等内容的研究。针对空间机器人系统基座可移动的特点,本文基于广义雅克比矩阵建立了自由漂浮状态和自由飞行状态的运动学模型,分析了其与固定基座机器人的雅可比矩阵的不同之处和空间机器人的动力学奇异特性。由运动学关系式和拉格郎日方程得到了系统的动力学模型。对自由漂浮空间机器人的路径规划进行了研究。由于在路径规划过程中,动力学奇异性与所规划的路径相关,基于通常的已知空间机器人末端执行器位姿逆解算各关节角及角速度,需要求解广义雅克比矩阵的逆阵,而这些算法往往都因动力学奇异问题而失败。如用求解广义雅克比矩阵的伪逆阵的方法,得到的结果误差太大。本文所采用的基于关节空间参数化的路径规划方法仅涉及到空间机器人的正运动学求解,从而避免了求解广义雅克比矩阵逆阵的动力学奇异问题。由于空间机器人系统动力学参数的不确定性给机器人控制造成较大的困难,采用自适应控制提高了空间机器人操作的适应性和安全性。本文基于参数线性分离方法,把系统的物理参数(如质量、惯量、质心位置)从系统的状态中分离开来,用一个参数向量来集中表示系统的不确知参数,最后得到空间机器人线性参数化形式的动力学模型,进而得到轨迹跟踪自适应控制方法。