针对空间机械臂在轨环境复杂、约束繁多、任务多样的特点,提出了一种基于分层结构的多约束任务规划方法。将任务规划过程划分为任务剖面分析与任务中间点规划两个层次分别进行。根据空间机械臂的工作特点,提出一种采用状态矩阵结合状态掩码的工作环境表征方式。在此基础上,定义了三种空间机械臂原任务及其算子。基于分层任务网络(Hierarchical task network,HTN)进行任务剖面分析,将复杂任务拆解为原任务序列。系统梳理空间机械臂规划参数集,针对因各类约束条件导致无法直接执行的原任务,在考虑资源优化的同时利用改进的A*算法对原任务进一步划分为多段简单路径,并给出代价最小的任务中间点序列。以物体转移任务为例通过仿真试验验证了基于分层结构的空间机械臂任务规划方法的可行性与有效性。