冗余度空间机械臂可以利用自身的冗余度在保证末端操作任务完成的同时优化系统的各项性能指标。为了使空间机械臂适应不同的操作任务并提高其任务执行的可靠性,往往需要对空间机械臂的关节力矩进行优化。对空间机械臂的关节力矩进行优化,一方面可以提高其工作过程的安全性和任务执行的可靠性,另一方面可以使机械臂在完成规定的操作任务的同时,降低其任务执行所需的能耗,以改变空间机械臂时刻面临燃料有限、补给困难的局面。因此,对冗余度空间机械臂关节力矩优化方法进行研究,具有重要的理论价值和现实意义,同时也具有广阔的应用前景。本文以冗余度空间机械臂为研究对象,开展了空间机械臂运行过程中关节力矩影响因素的梳理和灵敏度分析,空载工况时的刚体和考虑臂杆柔性条件下的空间机械臂关节力矩优化方法的研究,以及大负载工况下的空间机械臂关节力矩优化方法的研究。论文的主要研究工作如下:首先,对空间机械臂运行过程中关节力矩影响因素进行梳理和灵敏度分析。通过系统地梳理和分析,将空间机械臂运行过程中关节力矩的影响因素主要分为运动参数、自身柔性及末端工况三类,并对梳理出的三类主要影响因素进行分析。然后以一单杆柔性机械臂为例对关节力矩的部分典型影响因素进行灵敏度分析。其次,研究了低载工况下的空间机械臂关节力矩优化方法。提出了一种基于遗传算法的关节力矩优化算法,利用七次多项式插值对空间机械臂的关节变量进行参数化处理,得到遗传算法的优化控制参数,并以空间机械臂各关节力矩的均值和最小为优化目标函数;依据该目标函数以及相应优化控制参数,利用遗传算法对空间机械臂的运行轨迹进行优化求解,得到机械臂关节力矩均值和最小的运行路径。仿真实验表明:相比传统的梯形速度规划方法及以关节力矩二范数为目标函数的关节力矩优化方法,本方法在降低关节力矩均值方面均有一定程度提升。再次,研究了考虑臂杆柔性时的空间机械臂关节力矩优化方法。提出了一种考虑抑振的空间柔性机械臂关节力矩优化算法,采用假设模态法近似描述柔性连杆的弯曲变形,利用拉格朗日法推导出空间柔性机械臂系统的动力学模型。在分解柔性机械臂动力学方程的基础上,通过引入拉格朗日乘子实现在抑制机械臂末端振动的同时优化关节力矩,并通过仿真实验验证了算法的可行性和有效性。最后,研究了大负载工况下的空间机械臂关节力矩优化方法。提出了一种基于粒子群算法的空间机械臂多目标优化算法,以空间机械臂关节力矩均值和、最大关节驱动力矩以及最大关节角速度最小作为多目标粒子群算法求解的优化目标,并利用多目标粒子群算法对空间机械臂的运行轨迹进行优化求解。与以关节力矩均值和最小的单目标优化算法相比,通过仿真实验验证了算法的有效性。