我国2005年确立了空间站建设计划，根据空间机械臂在国际空间站上的任务，舱外空间机械臂是空间站建设和维护、载荷照料、表面损伤检查、在轨可更换单元更换以及宇航员舱外辅助等的必要工具。空间机械臂除了要完成上述复杂多样化的任务之外，还要在高辐射和大温差等恶劣环境下长期稳定工作。本文结合XXX机械臂研制项目，主要开展了空间站机械臂多感知关节系统设计、机械臂末端六维加速度传感器设计及其在振动抑制中的应用研究。　　为满足空间机械臂长寿命、高可靠性、任务复杂多样以及可维护性高等要求，在大中心孔关节机械结构基础上，设计了基于CPU+反熔丝FPGA架构的关节多感知控制系统。采用冷备份设计，主备份系统结构功能相同，通过母版实现内部互联，提高了系统的可靠性和可维护性。为实现空间机械臂的灵活性和任务多样性，设计了冗余的传感器子系统。在不改变关节位置测量精度的前提下，通过数字霍尔将绝对式旋转变压器由单圈位置测量扩展到双圈位置测量，提高了关节的有效运动范围。为克服空间环境下长时间工作和温差变化大导致的力矩传感器零点漂移，设计了 DA补偿电路，提出了兼顾故障检测的力矩漂移补偿策略。通过软硬件相结合，实现了关节力矩传感器的零点漂移补偿。基于FPGA硬件编程实现了电机电流闭环控制，满足了机械臂任务多样性、电机控制计算时延小以及稳定可靠等要求。　　在关节控制中，针对近似微分在速度计算时高分辨率和相位滞后小的矛盾，提出了变采样周期的测速方法，根据实际速度和期望的相对测量精度自动调整速度计算的采样周期。相对于近似微分，该方法在保证速度计算精度的前提下，具有较小的时间延迟。搭建关节实验平台，采用RTX扩展Windows操作系统的硬件抽象层，在传统PC机上实现了关节的实时控制，克服了嵌入式浮点处理器专用实时系统VxWorks封闭性缺点，具有开放性高、关节控制实时性好、调试效率高、控制界面友好、可扩展性高、兼容性好以及跨设备之间数据同步性好等优点。在此基础上，实现了关节参数辨识和关节力矩输出特性研究，包括输出力矩阶跃响应、频率响应和迟滞特性。　　针对关节中谐波减速器柔性导致的末端振动，设计了六维加速度传感器圆柱形空间几何构型，在此基础上研制了机械臂末端六维加速度传感器。通过冗余线加速度计提高了六维加速度传感器的可靠性。将卫星导航中的GDOP指标引入到六维加速度传感器中用于构型评价，并扩展为GDOP,pGDOP和wGDOP指标，相对于经典的金字塔构型，三个指标均有明显改善。理论分析了六维加速度传感器输出误差与线加速度计安装误差的关系，推导了六维加速度传感器误差模型。通过对传感器进行动态标定，提高了传感器的测量精度，针对传感器的静态偏差和噪声影响，提出了基于扩展Kalman滤波器的解耦和误差补偿算法，实验结果表明该算法可以有效抑制噪声的影响，消除传感器的静态输出偏差。　　为实现加速度反馈在柔性关节机械臂振动抑制中的应用，分析了柔性关节加速度反馈控制的可行性，并证明了加速度反馈控制器的稳定性。通过传递函数，将加速度反馈与其他7种不同反馈分别引入到柔性关节速度环和电流环控制器，分析不同反馈对电机速度和关节速度波动幅值的衰减作用，以及对扰动力矩和摩擦的抑制作用，得到加速度反馈在振动抑制中的优势。在搭建的空间机械臂气浮平台上，验证了加速度反馈在关节位置和阻抗控制中振动抑制的有效性。