目前,我国空间站工程建设工作正如火如荼地开展,无论是当前空间站维护、开展空间实验、保障航天员与实验平台安全应用需求,还是为满足未来载人登月、深空探测等复杂任务需求,都有必要结合我国空间科技发展的实际情况,借鉴国内外先进的仿人机器人技术,完成空间仿人机器人可行性论证和预先研究工作。空间环境下的自主操作机器人系统试验成本高、风险大、周期长,因此利用地面验证系统可以极大地降低空间机器人的试验风险与成本,并大大地缩短研发周期。本文以空间仿人机器人为研究目标,首先对空间仿人机器人相关领域进行了国内外研究现状调研、应用需求分析,并以此为依据确定了总体设计方案与关键技术指标;其次完成了系统建模与仿真分析,以保证总体设计方案与关键技术指标的可行性;最后完成了关键部件的自主研发和地面测试系统搭建,实现了关键指标的测试和验证,验证了总体设计方案的正确性,以确保关键技术指标满足系统需求。针对空间仿人机器人7自由度机械臂与13自由度灵巧手,需要为其提供可靠的控制依据,为此,完成了空间仿人机器人机械臂运动学与灵巧手单指运动学建模;其次参照人手自适应抓取,完成了灵巧手往复式布线的拓扑结构设计,并完成了灵巧手驱动电机数量优化设计,且提出了自适应抓取策略。针对空间仿人机器人控制系统,首先完成了关节与灵巧手控制需求分析,并划分了机械臂关节与灵巧手控制器控制电机数;其次为实现空间仿人机器人关节一体化设计需求,选取DSP+FPGA为核心,创新性的加入了驱动力采集模块,完成了关节与灵巧手控制器硬件与软件设计,实现了伺服驱动、快速跟踪、柔顺控制等核心控制算法的高度集成。为完成空间站舱内设备操作,并保护设备安全,本文首先提出了机械臂柔顺控制要求,建立了关节坐标下动力学解耦模型,且以此为基础设计了机械臂力/位控制方法;其次完成了基于视觉的有/无障碍物的仿人机器人运动轨迹规划算法设计;最后搭建了空间仿人机器人演示验证系统,通过抓小球、按按钮、拨动开关等动作验证了机器人运动学建模、关节伺服驱动控制、运动轨迹规划、机械臂柔顺控制、手眼伺服协调控制等核心算法的正确性。