目前在空间操作任务中很多工作需要宇航员来完成,宇航员在空间站承受巨大生理与心理压力,而且很多舱外操作任务很难由宇航员来完成。利用空间机械臂来辅助宇航员,甚至代替宇航员来完成空间任务,将具有重大的研究价值与意义。然而在进行某些高精度空间作业任务时,要求空间机械臂能实现稳定高性能伺服控制而且对其末端绝对定位精度要求很高。在空间机械臂高性能伺服控制的前提下,其运动学参数是否准确是决定空间机械臂末端绝对定位精度的主要原因。在国家自然科学基金重点项目(机器人宇航员空间站仿人作业理论与方法)的支持下,本文基于实验室机器人宇航员七自由度机械臂为平台,研究空间机械臂的高性能伺服控制以及对其运动学参数进行精确标定,以提高空间机械臂末端定位精度。本文主要研究内容和成果如下:第一,针对空间机械臂关节伺服驱动高性能控制需求,设计和研制了基于DSP28335为主控芯片的伺服驱动控制器,为空间机械臂关节的高性能驱动控制提供硬件基础。第二,实现空间机械臂关节高性能伺服控制,由于关节摩擦等非线性因素以及在大惯量、负载变化大,导致传统控制方法PID参数设计非常困难,针对传统PID控制方法动态跟踪精度不足,参数调节复杂等问题,本文采用基于特征模型的自适应控制方法,对系统进行特征辨识自适应控制,从而对空间机械臂关节进行高性能伺服控制。第三,由于造成空间机械臂末端定位精度较差主要是由于其运动学参数不精确,本文着重分析了由于运动学参数误差引起空间机械臂末端定位误差的原因,建立了空间机械臂运动学模型,其次建立了运动学误差模型。第四,针对空间机械臂运动学参数误差问题,基于空间机械臂运动学误差模型的基础上,为解决系统高度非线性、非高斯噪声问题,提出了基于扩展卡尔曼滤波与粒子滤波相结合的运动学参数标定算法,能够精确标定出空间机械臂的运动学参数,从而提高空间机械臂末端定位精度。最后,进行了空间机械臂关节高性能伺服控制实验以及空间机械臂运动学参数精确标定实验,提高了空间机械臂末端的定位精度,实验结果证明了控制方法和运动学标定算法的有效性与实用性。