近年来,空间机械臂依靠自身高灵活性等特点在空间探索活动中起着不可替代的作用。利用空间机械臂能够完成诸如空间舱体组装,大型设备搬运等大负载操作任务,同时考虑到机械臂工作环境的特殊性,长期在轨服役过程中机械臂故障时有发生,因此开展负载操作过程中空间机械臂容错控制研究具有十分重要的意义。为此,本文考虑多种约束条件,开展空间机械臂容错动态负载能力评估以及故障机械臂轨迹再规划问题研究。研究内容主要分为以下几个方面:首先,根据空间机械臂工作环境及特点,完成空间机械臂动态负载能力影响因素分析。通过建立空间机械臂变负载动力学方程,分析动态负载能力影响因素。进而综合考虑关节力矩和基座扰动力等约束条件,提出一种空间机械臂动态负载能力计算方法,利用该方法实现对关节失效前后空间机械臂动态负载能力变化的分析。通过数值仿真验证了关节失效前后动态负载能力变化的不确定性。其次,在建立七自由度空间机械臂容错工作空间的基础上,实现负载操作过程中空间机械臂容错轨迹搜索。通过对故障后空间机械臂容错工作空间动态负载能力的评估,得到动态负载能力容错工作空间并进行栅格化处理。基于栅格化处理后的空间,提出一种改进的智能搜索算法,利用该方法实现动态负载能力最优的容错轨迹搜索并完成动态负载能力重新评估及数值仿真验证。然后,面向确定负载操作任务,完成空间机械臂容错路径优化。通过改变轨迹搜索初始条件,实现满足负载能力要求的多条容错轨迹选取。在此基础上,建立空间机械臂运行时间最优的优化模型并采用粒子群算法完成选取轨迹的优化,进而得到最优路径并进一步验证该优化方法的优化效果。最后,利用气浮式空间机械臂地面试验平台,完成所提理论的实验验证。搭建气浮式空间机械臂地面试验平台三维可视化仿真系统并设计实验方案,通过三维仿真及地面实验验证了理论方法的正确性和有效性。