随着我国航天技术的不断进步,航天事业得到了蓬勃的发展,这也对空间机器人的实际应用提出了更高的要求。七自由度机械臂在增加灵巧性、改善动态性能等方面的优越性满足了空间操作的诸多需要,是目前空间机器人研究的热点和重点。其中,运动学分析、轨迹规划、跟踪控制三种算法是开展机械臂相关研究的基础,因此,对这几种算法的研究具有重要的现实意义。本文在基座固定的前提下,以空间机器人地面原理样机上的冗余机械臂为研究对象,采用理论研究与实验验证相结合的研究方式,系统地研究了机械臂的运动学、动力学模型,工作空间,时间和冲击轨迹优化,以及规划轨迹的跟踪控制等问题,旨在为七自由度串联机械臂的控制提供一套有效的基础理论方法。本文的具体研究与工作内容包括:(1)针对本文研究的七自由度机械臂,提出了一种变臂型角的七自由度逆运动学求解方法;同时对由第二类拉格朗日方程构造出的动力学求解模型进行了简化,为后续研究奠定了基础。(2)结合三次和五次非均匀B样条,运用加权系数的方法表示目标函数和罚函数,在笛卡尔和关节空间内同时进行轨迹规划,建立了基于自适应遗传算法的时间-冲击轨迹优化模型,并进行了仿真验证。(3)建立了一种基于分段重力补偿的模糊PID控制器,并运用Adams/Simulink联合仿真模型对控制器的控制效果进行验证与分析。(4)基于现有的实验平台,进行了圆孔插拔和太阳翼抓取的测试实验,并对末端和各关节角度的规划值和跟踪误差数据进行了分析。