随着人类航天任务的不断开展,失效/退役航天器逐年增加,空间碎片的数量也在与日俱增,使得空间运行轨道变得愈发拥挤,轨道上其它服役航天器的运行安全风险也越来越高,因此面向失效/退役航天器回收、太空碎片清除等任务的需求日益迫切。从安全、能耗及工作效率等多角度出发,利用空间机械臂替代宇航员执行空间操作任务是当前太空探测的发展趋势。而在利用空间机械臂执行前述接触型操作任务时,机械臂末端将与目标载荷发生接触碰撞,产生碰撞力及碰撞扰动,不仅会加重末端执行器与目标载荷的磨损程度,且影响机械臂系统的稳定性,容易导致任务失败。同时,考虑到空间操作任务的性质(作业跨度大、负载质量范围广等),机械臂往往具有臂杆细长、结构刚度低等特点,使得结构柔性表现明显,加剧接触碰撞对机械臂和目标载荷的不利影响。因此,针对接触操作任务下的空间柔性机械臂与目标载荷的接触碰撞过程,空间柔性机械臂需具备优化碰撞力与碰撞扰动的能力。本文以自由漂浮空间柔性机械臂为研究对象,瞄准接触操作任务下产生碰撞力与碰撞扰动的问题,开展空间柔性机械臂接触碰撞优化方法研究。具体包括碰撞力最小化策略设计、考虑接触碰撞影响的臂杆振动抑制策略设计及基座姿态优化策略设计,并利用MATLAB数值仿真软件开展所提策略的有效性验证工作。主要研究工作如下:首先,针对空间柔性机械臂与目标载荷的接触碰撞过程,开展空间柔性机械臂碰撞动力学建模研究。通过考虑柔性机械臂的刚柔耦合特性,分析基座、关节、柔性臂杆至机械臂末端的运动学递推关系,并构建动力学模型;基于连续接触力法,建立空间柔性机械臂与目标载荷间的接触碰撞动力学模型,获得碰撞力等随时间的变化情况;结合动力学模型与接触碰撞动力学模型,分别分析空间柔性机械臂与目标载荷在接触碰撞过程中的动力学响应,以便后续接触碰撞优化策略的设计。其次,针对接触操作任务下产生碰撞力的情况,开展空间柔性机械臂碰撞力最小化策略研究。基于空间柔性机械臂动力学方程,分析空间柔性机械臂的末端等效特性;结合末端等效特性与接触碰撞动力学模型,构建碰撞力同机械臂接触构型以及接触碰撞方向间的映射关系;基于此设计碰撞力最小化策略,该策略能求解出柔性机械臂的最优接触构型与最佳接触碰撞方向,可有效减小碰撞力并降低接触操作对空间柔性机械臂系统与目标载荷的冲击影响。再次,瞄准接触碰撞加剧柔性臂杆的振动程度进而影响系统稳定性的问题,研究考虑接触碰撞影响的空间柔性机械臂振动抑制策略。在空间柔性机械臂动力学方程及碰撞动力学响应的基础上,分别分析自由运动时及接触碰撞时的柔性臂杆振动规律;基于奇异摄动控制算法对自由运动时的柔性机械臂臂杆振动进行抑制,在保证机械臂顺利到达期望接触构型的同时消除臂杆振动;基于改进的最优控制算法完成碰撞力作用下的柔性机械臂臂杆振动抑制策略设计,降低接触操作对柔性机械臂系统的扰动影响。最后,为减弱接触碰撞引起的机械臂基座偏转对系统稳定性的影响,开展考虑接触碰撞影响的基座姿态优化研究。基于空间柔性机械臂的碰撞动力学响应,分析接触碰撞下的基座姿态偏转情况;通过综合考虑机械臂基座、关节与柔性变形间的运动耦合关系,构建基座姿态综合优化模型;为完成接触操作任务下的基座姿态优化,利用粒子群优化算法求解所构建模型的待优化参数,实现空间柔性机械臂在轨接触操作可靠性的全面提升。