随着航天技术的发展,空间机械臂在载荷抓取投放、在轨装配、在轨维护等方面的应用越来越广泛,对机械臂的绝对定位精度要求也越来越高。空间机械臂在发射过程中的环境变化、震动冲击,在轨长时间服务后杆件形变、关节间紧密性改变和关节在轨更换等因素均会造成定位精度下降。进行空间机械臂运动学参数的在轨标定,提高其末端定位精度,对机械臂精确完成太空任务具有重要意义。本文以七自由度空间机械臂为研究对象,使用MDH法建立了机械臂运动学模型,为了解决机械臂相邻两平行关节存在微小误差时,运动学参数会发生突变的问题,引入参数β对运动学模型进行修正,基于修正后的运动学模型,建立了七自由度空间机械臂的运动学参数误差模型。在误差建模的基础上,研究了基于视觉测量的空间机械臂运动学参数在轨标定方法,使用机械臂末端相机和配套靶标在轨测量末端位姿。选用最小二乘法对参数误差进行了求解,使用直接补偿的方式进行误差补偿。为了研究误差模型中冗余参数对标定精度的影响,基于辨识雅可比矩阵的特性,分析了空间机械臂在标定中的冗余参数判别方法,对比分析了剔除冗余参数前后运动学参数的标定效果,得出了去除冗余参数后标定精度更高的结论。为了对机械臂测量构型进行优化,平衡标定精度和标定效率,基于辨识雅可比矩阵的奇异值分解,引入了可观性指数作为优选测量构型的评价指标,提出了机械臂测量构型的优化策略。分析了优选后不同测量位姿数量对应的各可观性指数和机械臂末端位姿误差,确定了最小测量位姿数。研究了基于粒子群算法的测量位姿优选方法,并对空间机械臂在轨标定进行仿真,得出了运动学参数标定算法能有效辨识参数误差,提高机械臂末端定位精度,且测量位姿数相同时,使用优选构型进行标定其精度更高。基于微重力模拟系统搭建了实验平台,完成了空间机械臂运动学参数在轨标定的地面实验验证。使用优化算法优选出实验构型进行标定,标定后末端平均位置误差比标定前降低了39.23%、平均姿态误差降低了36.97%。得出了基于视觉测量的空间机械臂在轨标定能有效减小机械臂末端位姿误差的结论。