随着太空探索工作的日益深入,空间操作任务变得更加复杂。目前,我国正开展空间站的建设工作,在不远的将来,将面临更加繁重的空间任务。派驻航天员到空间站进行日常的维护工作,一方面需要消耗大量的物资财力,另一方面恶劣的太空环境使航天员随时面临着危险。因此,研究新一代空间机器人—一机器宇航员,对于解决我国空间站的在轨服务问题、推动我国太空探索工作的进一步发展具有显著的效益。本论文的研究工作内容来源于国家973计划项目“航天机构使用可靠性系统控制基础理论研究”。以机器宇航员作为研究对象,重点对其运动学建模、动力学建模、协调操作运动规划以及力位混合控制进行了深入研究,以提高机器宇航员在轨执行空间任务的能力。主要研究工作内容如下：首先,针对机器宇航员结构复杂、自由度数多的特点,开展其运动学建模研究。由于机器宇航员在轨执行任务过程中存在遥操作和自主控制两种运动控制模式,分别建立其位置级和速度级运动学模型。在此基础上,针对遥操作模式和自主控制模式下的任务要求,分别基于位置级和速度级运动学方程设计机器宇航员遥操作和自主控制运动规划算法。机器宇航员的运动学模型和运动规划算法是进行双臂协调操作及力位混合控制研究的运动学基础。其次,建立机器宇航员的动力学模型并分析其任务执行过程中的动力学特性。由于耦合分支的存在,首先建立单链机械臂的动力学递推方程,通过对比分析得到机器宇航员的动力学方程。针对机器宇航员运行过程中性能优化问题,分别以关节运行平稳及关节力矩最小作为目标进行关节力矩优化的研究,以提高机器宇航员操作过程中的动力学性能。机器宇航员的动力学建模是进行力位混合控制研究的动力学基础。再次,对机器宇航员任务执行过程中的力位混合控制算法进行了研究。机器宇航员在执行空间操作任务过程中,不可避免的会与外部环境发生接触,对机器宇航员协调操作过程中的力位混合控制算法进行研究,扩展机器宇航员的应用场合,并提高机器宇航员操作过程中的安全可靠性。针对机器宇航员单臂、双臂两种操作模式,分别实现了单臂力位混合控制和双臂协调操作过程的力位混合控制算法。机器宇航员的力位混合控制是提高机器宇航员操作性能和安全性的关键技术。最后,分别搭建机器宇航员的三维仿真实验平台以及物理实验平台,通过对具体操作任务开展三维仿真实验和物理实验工作,以验证所提出算法的正确性和有效性。