在载人航天、深空探测等特殊作业中，遥操作机器人是完成各种复杂任务的主要手段。通过多维力传感器进行力觉感知是遥操作机器人一项关键的环境信息获取方法。多维力传感器是机器人力控制关键设备。深空探测中，对多维力传感器的大量程、超高温差、高精度、高可靠性等要求为传感器的设计带来了巨大挑战。此外，多维力传感器特有的维间耦合误差仍是制约传感器精度的重要因素。本文主要面向空间站外机械臂设计了大型六维力/力矩传感器系统，并对其力学模型、解耦算法等方面进行了深入研究。同时开展了空间遥操作机器人建模与透明性分析，半自主式力控制理论与实验研究。　　首先设计了空间大型机械臂六维力/力矩传感器系统，主要包括十字梁型弹性体、基座等部件机械结构设计。通过ANSYS有限元静力学分析了各维力/力矩作用下弹性体受力变形情况、应变分布情况及应变与外载荷各参数之间的关系。根据静力学分析结果确定应变片分布及惠斯通电桥的组桥，给出电桥输出压值计算公式并设计了后续放大电路。通过有限元方法分析了弹性体振型、固有频率及工作带宽。设计了用于地面静态标定实验的数据采集电路，基于NI Measure Studio的数据采集软件，选取耐高低温材料制作原理样机并进行静态标定实验，验证了传感器设计的有效性，为后续力学建模与解耦算法的研究奠定了基础。　　弹性体贴片处应变是多维力传感器设计的重要指标。为提高多维力传感器设计效率，提出基于力学建模的十字梁型弹性体应变的快速算法。首先将十字梁型弹性体的主梁与浮动梁简化为以铰支、悬臂等形式固定或相互连接的短梁或深梁，建立各维力/力矩作用下的力学模型。然后采用位移法和铁木辛柯两广义位移梁理论，根据边界条件对静不定结构的力学模型进行分析，最后获得弹性体应变的解析解。静态标定实验采用静态应变仪检测弹性体贴片处应变，分别采用单维力/力矩和复合力/力矩标定的方法验证了所提出算法的正确性和快速性。　　维间耦合误差严重制约着多维力传感器的测力精度。本文论证了传统的基于矩阵广义逆的线性解耦算法和基于神经网络的非线性解耦算法因容易产生病态矩阵和过拟合等现象而具有不稳定的缺点。为提高解耦算法的可靠性，从耦合误差产生的原理出发，分别提出基于耦合误差建模的线性解耦算法和基于ε-支持向量机与耦合误差建模的非线性解耦算法，阐述了解耦步骤。通过实验论证了所提出的算法相比传统的解耦算法具有较高且稳定的解耦精度，对粗大误差具有较强的鲁棒性。　　对多维力传感器的等效刚度、质量、阻尼与其动态特性的关系进行了分析。在传统的遥操作机器人系统结构基础上，建立了包含多维力传感器和负载动力学的主从式力反馈遥操作系统的动力学模型，进而求解遥操作系统等效二端口网络的混合矩阵。通过对遥操作系统等效二端口网络的分析和仿真实验强调了从机器人控制阻抗对遥操作系统透明性的作用。　　为克服遥操作机器人系统中时延和操作者手部抖动等因素引起的不稳定问题，针对远程装配、打磨等需要从机器人末端与远地环境沿接触面法向保持一定范围的接触力，而切线方向跟随主机器人末端运动的遥操作任务，提出一种基于阻抗控制的半自主式遥操作系统力控制策略。在接触子空间采用包含阻抗控制外环和模糊PI位置控制内环的基于模糊PI位置控制的阻抗控制器。为降低力噪声对控制性能的影响，以力偏差和法向速度作为模糊控制器的输入，根据接触状态实时调节PI控制器参数。用SLAM法对环境阻抗进行辨识，以辨识结果为参考设定阻抗控制器参数。在自由运动子空间采用主从式位置跟踪的PID的位置控制策略。最后以Omega.7手控器和WAM机器人为硬件平台，以太网Socket API建立网络通信，搭建了可模拟时延的地面主从式力反馈遥操作系统。实验结果表明了控制策略在时延作用下可保证系统稳定，同时对刚性环境和柔性环境都具有较高的位置控制精度和力控制精度。