随着空间技术的飞速发展,空间机器人越来越受到航天领域的重视。空间机器人能够适应恶劣的环境,如昼夜温差大、超真空、空间微重力、原子氧和太空辐射,代替航天员完成高精度和高可靠性的空间作业,在元件更换、空间碎片清理、有效载荷搬运、失效卫星维修、燃料加注和协助空间站各舱段及在轨航天器的对接和转位等空间任务中得到了广泛的应用。然而,由于空间机器人上面柔性部件的影响,如柔性太阳帆板和柔性空间机械臂等,柔性部件的运动与基座运动之间相互耦合,空间机器人呈现出复杂的动力学特性,并且使空间机器人的控制器设计变得非常困难。本文考虑太阳帆板和机械臂的柔性,对空间机器人的动力学特性和振动控制方法进行了研究,主要研究内容和研究成果如下:针对考虑太阳帆板柔性和机械臂柔性的空间机器人,基于递推组集法和速度变分原理获得了柔性空间机器人系统的动力学模型,建立了动力学方程的求解方法和计算流程。将本文模型的仿真计算结果与多体动力学计算软件ADAMS进行对比分析,仿真结果表明本文模型的计算结果与ADAMS软件的计算结果一致,验证了本文模型的准确性和有效性。基于柔性空间机器人的动力学模型,分析了柔性体运动对其振动特性的影响,得到了不同阶段运动时间对柔性体振动的影响规律。通过傅里叶变换建立了柔性体运动的频域特性分析方法,得到了柔性体运动对频谱幅值的影响规律。建立了柔性空间机器人系统的动力学耦合因子模型,对机械臂关节运动、机械臂柔性振动和太阳帆板柔性振动与中心刚体运动和机械臂末端运动的的动力学耦合程度进行了分析。分析了中心刚体质量和机械臂关节转角对系统耦合因子的影响规律,获得了在机械臂关节空间的动力学耦合因子云图,为减小柔性空间机器人系统的动力学耦合作用提供了理论基础。提出了一种多脉冲鲁棒输入整形方法,即MIR整形器,对柔性系统进行振动控制。MIR整形器具有灵活的设计参数,可以调节整形器脉冲的个数和脉冲时间长度。与传统输入整形器相比,它对系统固有频率和阻尼比具有更好的鲁棒性。数值仿真结果表明,当系统参数存在较大误差时,MIR整形器比传统整形器能更有效地抑制残余振动。在相对高频范围内,MIR整形器能够抑制更宽频率范围内的振动。当系统的参数存在较大误差或者存在较宽频率范围内的柔性振动时,用在相对高频范围内抑制振动的特性来设计MIR整形器,可以更有效地抑制系统振动。提出最优控制与MIR整形器的联合控制策略,对柔性系统进行控制仿真,结果表明该控制策略相对于其他整形器联合控制方法能够更好地抑制振动。考虑太阳帆板和机械臂的柔性,在空间机器人动力学方程的基础上,根据空间机器人的工作状态,设计了自由飞行控制器和自由漂浮控制器。根据MIR整形器抑制相对高频振动成分的特点,设计整形器对期望输入进行整形,利用自由飞行控制器和自由漂浮控制器,对柔性空间机器人的运动进行控制。数值仿真结果表明,所设计的控制器能够有效地抑制柔性部件的振动。在自由飞行控制器和自由漂浮控制器的作用下都能够实现对空间机器人运动的准确控制,但是自由飞行控制器能够同时稳定控制基座运动,而自由漂浮控制器没有对基座位姿进行控制。由于柔性空间机器人系统在空间中很容易受到外部干扰力的作用,利用奇异摄动原理将柔性空间机器人的动力学模型分解成慢变子系统和快变子系统,采用滑模控制方法来控制带有外部干扰的系统,利用RBF神经网络估计外部干扰力的边界,提出柔性空间机器人的抗干扰控制器。仿真分析结果表明,在外部干扰的作用下,所提出的抗干扰控制器能够对柔性空间机器人进行准确的操作控制,同时能够减小系统中柔性部件的振动响应。