空间机械臂在空间飞行器上可以发挥重要作用,而机械臂的无碰撞路径规划是机械臂使用过程中的一个重要功能,对于空间飞行器上安装的空间机械臂,需要设计一套用于机械臂任务规划的无碰撞路径规划系统,实现在给出起始与目标末端坐标和姿态的情况下自动化地规划出可行的无碰撞路径。该系统需要解决两种需求:其一是快速规划出机械臂的任务可行路径,以提高机械臂在空间飞行器上的使用率;其二是对空间机械臂的例行化任务设计规划出优化的路径。碰撞检测是实现无碰撞路径规划的基础,本文针对空间飞行器舱体的外形特点和外表面相关设备的外形特点,使用五种基础图形对空间飞行器的舱体和外表面设备部件进行了精细化的拟合,针对五种基础图形的几何特征,分别实现了它们之间的共15种碰撞检测算法。本文设计了五种基本图形的相关C++类,通过三维CAD建模软件的测量工具测量出了空间飞行器舱体与空间机械臂上相关拟合图形的参数,构造出了空间飞行器的碰撞检测模型。本文还设计实现了空间机械臂的碰撞模型,提出了一种分区处理机械臂模型的方法,通过分区构造的方式结合7自由度机械臂运动学实现了机械臂在路径规划过程中的构型快速更新和自碰撞检测。本文利用机械臂的工作空间与空间飞行器的碰撞检测模型的几何体位置信息去除了不必要的检测,提升了路径规划过程中采样节点的碰撞检测验证速度,将一次节点验证时间缩短至0.2～0.6s之间。本文的路径规划系统采用了基于空间采样的关节空间规划,实现了空间7自由度机械臂的7维关节空间中的路径搜索与节点采样。本文实现了7维关节空间的建立,7维空间中改进RRT-connect算法的实现,针对RRT-connect算法的随机节点生成器进行了改进,使其更适合于空间机械臂的工作环境,提升了算法的收敛速度,以满足快速规划可行无碰撞路径的需求;本文还完成了RRT-star算法在7维空间中的实现,实现了选取出关节角度变化量最少的路径,以满足对机械臂例行任务规划优化路径的需求。对于生成的路径规划中间节点,本文中对路径节点进行了五次样条插值得到了各个关节的完整轨迹。本文还对空间机械臂的实际任务进行了规划,仿真并评估了路径的实际效果,对本文中实现的规划算法进行了对比实验。本文还对机械臂复杂障碍环境下的路径进行了规划,得到了可行的无碰撞路径。