随着空间探索任务的迅猛发展,机械臂以其工作高效、价格合理以及环境适应性强等特点,得到了广泛应用。但现有的小型空间机械臂的制造工艺以及传统的控制方法制约了其发展,在实际应用中,往往会因为机械臂的内在条件和外在环境等因素影响其工作性能,因此对机械臂控制方法的研究显得尤为重要。本文以机械臂控制为研究对象,结合中科院自动化研究所空间机器人研究室航天机械臂项目,设计了一种旨在实现多种在轨任务的1U空间立方折叠机械臂,并进行了机械臂优化控制设计。主要工作内容如下:首先,进行了1U空间立方折叠机械臂的机械结构设计分析,完成了机械臂的运动学建模,推导出其运动方程。在机械臂动力学分析的基础上,对机械臂系统的展开过程及动态模拟进行了仿真。为了对折叠机械臂进行机械性能评估,建立了末端执行器的有限元模型,对1U折叠机械臂弹性部署期间的动量变化进行了模拟和分析。其次,对折叠机械臂控制系统的硬件模组进行选型,完成了1U空间立方折叠机械臂控制的软、硬件平台搭建,通过嵌入式软件编程实现了机械臂的运动控制系统设计。再次,为实现步进电机的精准控制,本文采用了一种改进粒子群算法,对电机的PID参数进行了优化调整,使算法快速收敛于某一区域,提高了参数整定的效率,优化了参数整定的方法,达到了提高机械臂运动部署稳定性的目的。最后,为了对空间机械臂的运动轨迹进行跟踪控制,本文在标准RRT算法的基础上提出一种改进的IRRT算法,优化了1U空间立方折叠机械臂的避障及路径规划方法,达到了缩短机械臂运动路径的目的,通过仿真验证了本文所提出的机械臂控制方法的有效性和实用性。本文进行了机械臂模拟实地部署试验,验证了机械臂在该控制方法下运行的稳定性、精确性及有效性,并为相关客户和航天机械臂在轨服务行业提供了一定的理论与实际应用的支撑。