机械臂在空间探索中面临着许多挑战。一方面,控制电机需要具有质量轻、体积小和低速大扭矩的特性。另一方面,在80°C到-150°C温度范围内和强电磁辐射的太空中,电机必须能良好的工作。但电磁电机在太空环境中无法适应。与普通电机相比,超声电机有很多优点,诸如,不受电磁影响、低速大扭矩、转矩/质量比高和断电自锁等。因此,超声电机成为应用于空间的有效驱动器之一。然而,超声电机的数学模型很难描述,电机的控制特性复杂且非线性,控制方法至今没有完善,尤其是对速度和位置伺服系统的精确控制更为困难。为了研究超声电机的控制策略以应用于空间机器人,本文以超声电机为驱动器研制了一个多关节机器人系统,其控制目标是轨迹精确跟踪和速度平稳运动。首先,机器人的设计应用了虚拟样机技术。运用三维机械设计软件SolidWorks,设计了多关节机器人。为了验证机器人的性能,利用Adams进行了运动学和动力学仿真。通过多种方案对比,最终确定了能完成功能的最小机器人本体结构。其次,由于超声电机响应速度极快,很难采用电磁电机的控制方法。经过多种PID控制方法比较,选择标准PID控制方法为基础。基于大量位置反馈和速度反馈控制实验,提出速度——位置联合反馈控制系统。这是“以速度反馈为基础,联合位置反馈”的双环反馈控制。实验证明,此控制系统能有效实现机器人的控制目的。最后,为了实现机器人的在线规划运动控制,建立了运动学方程,求得了运动学反解的封闭解及机器人的工作空间,在此基础上实现了控制程序的输入界面与机器人运动空间的映射,利用鼠标作为输入设备,实现了机器人的在线规划运动控制和对任意轨迹的跟踪。