空间机械臂在航天界中扮演越来越重要的角色,对空间机械臂的运动精度要求也是越来越高,而在几乎所有机械系统中,摩擦是一种不可避免的现象,摩擦会造成稳态误差,限制系统运行精度的提高。尤其对低速运行的机械臂的影响尤为突出。空间机械臂在长时间工作后,运动副的磨损会造成系统运动精度和稳定性能的下降。摩擦磨损是导致空间机械臂性能和跟踪精度下降甚至失效的主要原因之一。因此,必须采取相应的措施减小甚至消除摩擦造成的影响。由于空间机械臂在地面和太空重力环境及摩擦模型的不同,在地面装调好的机械臂到太空能否正常运行已经成为研究人员关注的热点。针对空间机械臂的摩擦特性以及动力学特性在不同重力环境下差别较大的问题,本文对空间机械臂在不同重力环境下的动力学特性、摩擦特性及轨迹跟踪控制进行了深入研究,具体内容如下:首先,建立了不同重力环境下空间机械臂的摩擦模型及动力学模型,给出了具体的仿真模型,为后续章节的研究提供理论铺垫。其次,分析了不同重力环境及摩擦对空间机械臂系统运动控制性能的影响。以平面两杆空间机械臂为研究对象,先从动力学角度出发,分析了不同重力环境下的摩擦对关节驱动力矩的影响。在此基础之上,采用PD控制方法,研究了不同重力环境及摩擦对空间机械臂轨迹跟踪精度的影响。为后续章节的控制器设计奠定理论基础。最后,针对不同重力环境下具有模型不确定性及非线性耦合的空间机械臂的轨迹跟踪问题,提出了一种基于自抗扰控制器ADRC(Auto Disturbance Rejection Controller)的摩擦补偿控制方法。通过对两个关节分别设计自抗扰控制器及进行动态补偿线性化,实现关节的解耦控制;通过将摩擦及ESO观测到的系统的总扰动补偿到控制器中,实现对空间机械臂的轨迹跟踪控制。并利用粒子群算法PSO(Particle Swarm Optimization)解决了自抗扰控制器控制参数多且不易整定的问题。仿真结果验证该补偿控制方法的有效性。