空间机器人由机器人本体、机械臂和太阳帆板等组成,可以代替宇航员进行舱外活动,具有十分广阔的应用前景。本文主要研究了空间机器人的运动学、动力学建模及其控制仿真问题。首先利用第一类Lagrange方程建立了多体系统动力学模型,并给出了常见约束的约束方程。动力学方程的最终表现形式为微分/代数混合方程组。在推导的过程中未对方程进行任何简化以保证体现系统的耦合非线性特征。本文以后的工作都是在此基础上进行的。其次分析了空间机器人的运动学和动力学特性。分析了空间机器人的运动学特性——姿态干扰特性、冗余特性和非完整性,讨论了空间机器人工作空间的问题,指出了空间机器人与地面机器人的不同之处,使用ADAMS软件验证了运动学特性;考虑到空间环境下机械臂质量轻、尺寸大和负载质量大的特点,紧接着研究了机械臂的挠性问题,使用有限元软件ANSYS和ADAMS的协作仿真,研究了柔性机器人模型和刚性机器人模型的不同之处。最后研究了空间机器人本体的姿态控制问题。将虚拟样机仿真方法应用于空间机器人研究。本文使用ADAMS和MATLAB接口,建立了集三维实体设计、动力学建模、控制及可视化仿真于一体的虚拟空间机器人仿真环境,为空间机器人的动力学、控制仿真提供了新的研究方法。控制方法选取了工程实践中常用的PID控制。仿真结果表明了控制方法的有效性,也说明了联合仿真的实用性。