随着航天事业的迅速发展,空间机器人将在太空探索领域发挥着越来越重要的作用,对空间机器人的研究也日渐受到学者们的重视。由于空间环境本身的特殊性,宇航员的舱外活动具有一定危险性,并且出舱装备昂贵。因此采用空间机械臂去完成一些空间操作任务,既能保障宇航员的安全又更经济。地球上与太空中的重力环境截然不同,如何保障地面调试好的空间机械臂发射到太空环境中仍然能取得期望的控制效果是空间机械臂控制系统研究的一个关键问题。而且,实际系统的空间机械臂模型中存在关节柔性,由于柔性关节的存在可能导致控制系统失稳,同时也影响轨迹跟踪的精度。因此,本文对空间机械臂轨迹跟踪控制进行了研究,主要考虑重力环境变化以及柔性关节模型的影响,并设计控制器达到高精度的轨迹跟踪目的。在研究策略上采取递进的方法,首先仅考虑重力环境变化因素影响下控制器的设计,进而对同时考虑重力影响和柔性关节影响的基座固定机械臂的控制进行了研究,最后扩展到机械臂自由漂浮情况下的控制。文章内容主要安排如下:首先,建立了柔性关节空间机械臂地面阶段和空间阶段的运动学与动力学模型。对考虑重力影响的刚性机器人系统控制进行了研究,根据模型变化特点设计了PD迭代学习控制方法,进行了收敛性分析和仿真验证,并跟PD控制器进行了比较,突出了控制器具有对环境的适应性。结果表明迭代学习控制可以解决重力环境变化的问题,适用于刚性空间机械臂的控制。然后,针对基座固定的空间机械臂,同时考虑了重力影响和柔性关节影响。为系统设计了基于奇异摄动的自适应鲁棒控制器,采用奇异摄动方法对柔性关节机器人模型进行降阶处理,降阶后的系统采用自适应鲁棒控制算法,用李雅普诺夫方法证明了系统稳定,并进行了仿真验证。最后,针对考虑重力影响的自由漂浮柔性关节空间机器人系统提出了任务空间神经网络控制算法,设计了控制器,对控制系统进行了稳定性分析,仿真验证控制器具有很好的性能。