目前,传统意义上的空间机械臂难以应对复杂多变的宇航作业,因此更为灵巧智能的机器人宇航员应运而生。但是由于机器人宇航员结构复杂,而且空间工作环境非结构化,目前人工智能和控制等方面的关键技术均不足以支撑全自主机器人执行任务。一种切实可行的方法是将操作者加入控制闭环,采用地面遥操作机器人宇航员的方式完成空间作业。对此本文建立了地面遥操作平台,并对其中的运动映射和避奇异等关键技术进行了研究。首先,搭建了基于Haptic Workstation的机器人宇航员遥操作系统。建立了机器人宇航员7自由度冗余臂的运动学模型,并重点分析了机械臂的闭环逆运动学。遥操作平台集成了CyberForce和CyberGrasp等力反馈设备,实现了对机器人宇航员的实时遥操作控制。完成了Haptic Workstation平台的标定,提出了改进的数据手套标定方法,解决了手套原始读数侧摆关节与弯曲基关节耦合的问题。其次,提出了基于CyberForce操作机器人宇航员臂的运动映射策略。该映射策略主要包含定缩放因子映射、变缩放因子映射和姿态调整映射策略。其中,定缩放因子映射策略主要基于机械臂工作空间的凸包简化表示方法和工作空间包含关系检测算法进行设计,该策略能够确保机械臂拥有尽可能大的实际运动空间。变缩放因子映射策略通过对映射参数的在线调节,能够实现辅助操作者躲避障碍和接近目标物体的效果。而姿态调整映射基于机械臂和CyberForce的末端坐标系进行增量映射,其操作过程直观,操作方法符合操作者的习惯。再次,针对搭建的遥操作系统提出了一种层次化的避奇异方法。该方法能够保证机械臂不会因为奇异性导致运动学计算过程陷入病态。在该方法中,机械臂的层次化奇异区域依据其奇异状态下的关节配置和相应的奇异评价指标进行划分。当机械臂的处于良态奇异区域时,采用虚拟力反馈的方式对主端操作者的运动进行引导。一旦机械臂进入病态奇异区域,就采用改进的轨迹重构法,对机械臂末端轨迹进行重构。最后,在机器人宇航员遥操作平台上,进行了运动映射算法和避奇异算法实验,实验结果证明了上述算法的正确性。通过遥操作抓取电钻实验,证明该平台的有效性。