空间技术已经成为一项衡量国家综合实力的重要标准,世界各国竞相发展,越来越受到人们关注。航天强国均已建设了自已的空间站,并以此为基础向深空领域发展,我国航天“三步走”的战略也正在顺利实施。空间机械臂技术作为空间技术的一项基础技术,是保障我国航天事业顺利前进的基础,研发出可靠实用的空间机械臂,对促进航天技术和民用技术发展都有重大意义和价值。本文依托中国航天科技集团的“小型空间机械臂原理样机”合作科研项目,对6-DOF(Six Degrees of Freedom)空间机械臂的运动控制进行了全方位的研究,针对目前存在的两个难点,分别提出了解决方案,并进行了验证。针对缺乏高效实用的空间机械臂运动控制软件系统架构的难题,提出一种C/S(Client/Server)结构下的基于多线程和循环队列的空间机械臂运动控制软件架构。架构由Client端与Server端组成,分别承担不同的功能。并以自主研发的6-DOF小型空间机械臂为平台,详细介绍了架构的实现过程,进行了仿真验证,结果表明架构能够满足实际的空间机械臂运动控制需求;同时,架构与平台和操作系统无关,不需要任何预备知识,可大大缩短开发周期和实现难度。针对缺少经济有效的重力环境下大范围柔顺控制方法的难题,提出一种基于末端F/T传感器的重力环境下大范围柔顺控制方法。该方法基于机械臂运动学对机械臂末端重力进行实时补偿,消除机械臂末端重量对末端F/T传感器测量值的影响,然后通过关节空间基于位置的阻抗控制策略实现柔顺控制。为了全面介绍该方法的实现过程,以6-DOF小型空间机械臂为例,首先采用D-H(Denavit-Hartenberg)参数法对空间机械臂进行数学建模,建立了机械臂位置级、速度级正/逆运动学方程,同时,为了解决位置级逆运动学方程多解的问题,提出一种逆运动学优化方法,并对位置级正/逆运动学方程计算精度及逆运动学优化方法进行了验证;然后,以三种机械臂路径规划插值算法为基础,分别设计和验证了空间机械臂单节点和多节点路径规划方案;最后详细介绍了基于运动学的空间机械臂末端重力实时补偿算法,及大范围柔顺控制方法的计算机实现过程,并基于以上工作,对实时重力补偿算法和重力环境下大范围柔顺控制效果进行了验证。结果表明该方法,能够实现机械臂在大范围内任何末端位姿下的外力跟踪,使得机械臂在运动控制的整个过程都具备柔顺能力,且静态时能够保持稳定,使机械臂的操作过程更加贴近生物臂。