随着人类空间活动的不断发展,在未来的空间活动中,将有大量的空间生产、空间加工、空间装配、空间维护和修理工作进行。这样繁重的工作仅靠宇航员不可能完成,而且宇航员到太空的成本昂贵、风险太大,因此必须充分利用空间机器人。空间机器人系统采用自由漂浮工作模式可以节省燃料,延长使用寿命,降低费用。本文主要针对自由漂浮空间机器人系统的运动学、动力学、自适应控制和仿真等内容进行了研究。首先,根据自由漂浮空间机器人系统的运动几何关系,分析了系统的运动学,得到了系统的雅可比矩阵,并进行了动力学奇异性研究及PIW、PDW工作空间的分析。其次,利用拉格朗日方法推导自由飘浮空间机器人系统的动力学方程。基于动量守恒法则的自由飘浮空间机械臂动力学具有非线性参数的特性,所以,基于线性参数模型的控制方法在这个模型中不能直接应用。为了克服这个问题,应用扩展机械臂模型来推导系统动力学方程。最后,通过Adams与Matlab软件仿真所得到的曲线相对比,验证了所建立的动力学模型的正确性。最后,针对系统参数不确定的问题,采用自适应控制算法。基于增广变量法和参数线性分离原理,得到了自由漂浮空间机器人线性参数化形式的动力学模型,该模型适合采用自适应控制方法。本文对离线自适应和在线自适应控制算法进行了研究,同时,针对系统中存在未建模动态扰动的情况,提出在线离线相结合的自适应控制算法。离线辨识已建模的动力学方程参数,为在线参数估计提供初值,在线估计补偿未建模的动力学方程的不确定部分,然后在线估计与计算力矩法相结合,控制空间机械臂跟踪期望轨迹。同时,对本文所提出的控制算法进行了稳定性分析及仿真研究,并对仿真结果进行了对比分析,验证了所提方法的正确性和有效性。