2011年2月首个机器人宇航员Robonaut2进入国际空间站，这种具有双臂双手的仿人机器人在空间灵巧作业中有着重要的应用前景。研究如何安全有效地控制机器人宇航员，对于满足我国空间站和航天器在轨维护应用需求具有重要的科学和实际意义。本文将研究机器人宇航员临场感遥操作、安全控制和碰撞检测技术、以及利用机器人宇航员臂冗余逆运动学避开碰撞。　　操作者如何直观准确地控制机器人宇航员是遥操作控制的一个关键问题。本文将搭建机器人宇航员临场感遥操作地面演示平台,研究操作者头部、双臂、双手和腰部与机器人宇航员相应部位的运动和感知映射方法。针对现有手臂运动映射方式存在的问题，提出了两种手臂运动映射方案，从而准确地将操作者的运动映射给机器人宇航员。为了实现对机器人与环境交互的直观准确感知，增强操作者的临场感，研究了机器人宇航员头部、双臂以及双手与头盔、力反馈手柄和力反馈手套的感知映射方法。　　如何保证机器人宇航员的安全作业是其遥操作控制的另一个关键问题。大部分现有机器人安全控制的研究仅局限于一个控制安全策略，缺乏系统化的安全控制策略。本文搭建了一个多层次机器人宇航员遥操作的安全控制系统，在规划层、控制层、驱动层均采用相应安全控制策略，保证了机器人宇航员的安全作业。随后针对基于三维模型的碰撞检测只依靠构件间的最短距离判断碰撞，考虑因素不全面的缺点，提出了一种基于碰撞危险度的机器人碰撞检测方法。该方法综合考虑机器人构件间距离、运动状态、关节的制动性能、机器人控制模式和接触状态对机器人碰撞危险的影响，利用模糊综合评价的方法获得机器人碰撞危险评价，更为全面地判断其碰撞危险程度，同时采用球扫掠凸体构建机器人宇航员碰撞模型,提高了碰撞检测的实时性。　　当检测到碰撞时，希望利用机器人宇航员臂的冗余特性避开碰撞和关节限位，因此随后研究机器人宇航员臂的运动学。提出了一种基于零空间完整描述的机器人宇航员臂冗余逆运动学解法。该方法先将约束条件分为必要约束和优化约束，设置不同优先级，使其能同时处理多个约束条件。再考虑关节限位约束和避碰撞约束对零空间的影响，提出了一种机器人宇航员臂沿期望轨迹零空间的描述方法，解决了冗余机械臂期望轨迹有效性判断和确定定姿态可达空间的问题。随后研究了如何在已知的零空间内使用仿人运动优化或者操作椭球优化获得满足避碰撞、避关节限位且连续运动的唯一优化冗余解。　　最后利用机器人宇航员遥操作系统的地面演示平台，设计多个机器人宇航员运动规划实验，验证了建立的机器人宇航员遥操作系统能准确地检测到可能发生的碰撞，并利用机器人宇航员臂的冗余特性在不改变末端轨迹的情况下有效地避开碰撞，回避关节限位。