随着科学技术的不断发展,人类开发太空资源的需求不断增强,也使得空间机器人技术受到更广泛的关注。然而,由于环境的限制,现有的空间机器人都是在地面完成动力学分析与建模、系统安装与调试工作后应用于空间环境的。当空间机器人在空间处于工作状态时,由于重力条件的改变,机械臂铰间间隙的运动特性与机械臂动力学特性发生改变,导致在地面调试的控制器无法按照期望效果来进行末端位姿控制,影响空间机器人的实际工作效果。因此,本文针对此问题分析了铰间间隙的运动特性在微重力环境下与在地面环境下的不同点,并提出适应不同重力条件的考虑间隙的空间机器人末端轨迹跟踪控制器,以提高空间末端轨迹跟踪性能。主要内容如下:首先,分析了间隙轻杆模型和弹簧阻尼模型的建模原理,根据不同建模方法得出二自由度含间隙机械臂的模型,基于模型进行分析并给出不同模型的运动学与动力学方程,在后续设计控制器时参考模型信息来进行验证。其次,构建地面模拟实验平台来研究间隙对机构运动特性的影响。通过对含间隙运动副的结构与模型进行分析总结,建立含间隙二连杆机构,为实验平台打下理论基础。对比几种间隙测量方法的利弊,选取合适的方法应用于实验平台来完成二连杆机构间隙的测量。为了验证不同重力取向条件下,不同间隙大小对末端轨迹跟踪行为的影响,利用实验平台采集了多组数据,对实验数据进行处理后,绘制出轴心运动轨迹,与仿真数据进行对比,分析总结间隙对运动特性的影响。然后,针对含间隙机械臂这一被控对象的末端轨迹跟踪问题,对含间隙二自由度机械臂完成动态线性化转换后,设计无模型自适应控制器,并通过仿真结果得出控制器能够适应地面与空间两种重力环境下的机械臂末端轨迹跟踪任务,具有较高的自适应性。最后,为了提高控制系统精确度与鲁棒性,提出无模型自适应滑模控制策略,应用于二自由度含间隙机械臂上,完成末端轨迹跟踪任务,并与单纯无模型自适应控制仿真结果进行对比,验证了无模型自适应滑模控制具有更高的精确度与鲁棒性。