空间机械臂是在轨装配任务的主要执行机构,在大型空间结构装配过程中对末端动态性能有很高要求。操作过程中,机械臂末端易受起停、质量特性的改变、碰撞冲击效应等因素的影响而产生振动。但由于空间环境的特殊性,也给空间机械臂系统在轨操作的模拟验证带来困难。针对这一问题,本文分析了机械臂末端在起停与交互过程中不同结构参数与工况参数下的振动特性,设计相应的控制策略,实现对机械臂末端的振动抑制和轨迹跟踪控制。具体研究内容如下:首先,考虑了固体润滑剂对含间隙机械臂关节动态特性的影响,基于含间隙关节模型,引入关节轴向尺寸,给出了固体润滑剂作用下关节非线性法向和切向接触力的详细计算方法,并采用Newton-Euler法建立了机械臂系统动力学模型。其次,考虑到空间重力释放不仅会影响机械臂的运动行为,还会对关节摩擦特性产生影响。以实现机械臂系统精确动力学建模为目的,设计并搭建了以固体润滑机械臂关节为本体执行机构的半物理仿真试验平台,在数学仿真中接入实物对象,并根据试验结果修正关节接触力,得到了适用于不同重力环境的关节接触力模型。进一步,基于半物理仿真试验得到的非线性接触力表达式建立了机械臂模型,研究机械臂在不同结构参数与工况参数时重力及其释放下径向振动特性差异,并针对在轨装配过程中频繁起停的操作需求,分析变负载质量起停时的振动特性,以改善动态性能为目标,给出了优化控制方法。最后,考虑交互过程中的碰撞冲击效应,对基座和负载质量特性改变对机械臂系统非线性动力学的影响进行分析。设计状态扩展自适应控制方法,在不改变控制器结构与参数的情况下,对系统状态变量进行扩展,在系统内部实现对力学环境变化的估计,实现对不同工况下空间机械臂系统末端振动的抑制。