随着我国航天技术的发展,空间机械臂越来越多地被应用到航天任务中去。由于空间环境的特殊性以及不确定性,机械臂需要轻量可靠,且具有一定的自主性,较高的绝对定位精度以及工作效率,因此需要对其进行更加深入的探讨。本文在前人理论的基础之上,对机械臂的运动学、动力学建模以及运动规划算法进行了研究。以偏置型6R解耦机械臂为研究对象,采用轴不变量的理论,建立了迭代式的正运动学方程。在此基础上通过构建OBB层次包围盒进行碰撞检测,从而保证机械臂在运动规划时的安全性。为提高求逆精度,采用基于Ju-Gibbs四元数的Dixon消元法进行逆解的计算。为了进一步提高运动学计算的精度并满足工程测量可实现性的要求,采用基于固定轴不变量的结构精测方法,使用激光跟踪仪得到精测结果,从而建立精确的D-H系并获取D-H参数。针对机械臂运动时会出现颤动的情况,使用Ju-Kane迭代式的动力学方程对机械臂动力学进行建模,并在后续的运动规划中考虑机械臂的转轴承受力矩小于电机最大驱动力矩这一约束,从而保证机械臂在实际运动时的平稳性。基于上述研究内容编写C++仿真软件,并进行基于固定轴不变量的精测实验。结果表明正逆运动学、动力学方程正确且具有较高的计算效率和精度,验证了精测原理的正确性,并使用A~*算法规划出了机械臂满足无碰以及动力学约束的运动轨迹。