随着人类活动空间的扩大和科学技术的飞速发展,人类对空间的探索日益增多,空间机器人技术也越来越受到各国的重视。为了完成各种不同的空间任务,空间机器人需要工作在不同的状态下,如自由飞行状态与自由飘浮状态。由于燃料和能量决定着空间机器人的在轨寿命,因此在完成既定任务的同时节约燃料和能量是本文的出发点。本文以863航天科研项目为背景,以单臂六自由度空间机器人为研究目标,推导了空间机器人的运动学、动力学模型,分析了不确定性对系统的影响,重点研究了空间机械臂运动控制,提出了改进的鲁棒复合自适应控制方法,针对节省燃料问题和系统不确定性问题,提出了卫星姿态受控状态下的机械臂运动控制与卫星姿态控制之间的协调控制,并应用李雅普诺夫函数证明了协调控制系统的稳定性,在模拟实时延迟的电联试系统仿真模块上进行仿真试验。本文首先对当前国内外的空间机器人项目和相关地面实验系统进行了综述,对空间机器人的基础理论、控制方法等的研究现状进行了评述。分别推导了姿态受控而位置不受控状态下和自由漂浮状态下空间机器人的运动学、动力学模型。其次,分析了空间机器人参数不确定性对系统动力学造成的影响,研究了空间机械臂的运动控制,为解决不确定性问题设计了鲁棒复合自适应控制器,提出了改进的鲁棒复合自适应控制方法,并通过2自由度机械臂模型进行了仿真验证。该方法避免了空间机器人自适应控制的参数线性化难题。再次,介绍了卫星姿态控制与节省燃料的重要性,并针对此问题提出了单臂空间机器人协调控制策略,建立了卫星姿态控制模块、运动规划模块和机械臂运动控制模块,搭建了协调控制系统框架,给出了协调控制框图,设计了协调控制系统的控制器,证明了所设计协调控制系统的稳定性,并在2自由度机械臂模型上进行了仿真验证。解决了在不使用主动姿态控制机构的情况下,在机械臂反作用力矩影响下的卫星姿态控制和有不确定性空间机械臂系统的运动控制问题。最后,详细介绍了在背景项目中实际应用的地面电联试系统,并在地面电联试系统的仿真模块中应用所提出的协调控制策略进行了协调控制试验,实验结果表明该方法能够达到所设计的目的,并能够对空间机器人实现稳定控制。