机械臂规划是月面巡视器操作系统的重要组成部分，工作任务是指研究人员选定探测目标后，满足机械臂与巡视器的结构不碰撞的约束条件、机械臂与月面不存在干涉的约束条件、光照约束条件，在机械臂位型变更次数最少的优化准则下，实现月面巡视器机械臂的探测任务。本文以嫦娥三号月面巡视器为研究对象，研究了机械臂正逆运动学，并研究了月面巡视器机械臂探测规划的方法。首先，采用D-H方法，建立了机械臂的结构模型，确定其结构参数和运动参数。跟据月面巡视器机械臂三自由度串联构型的特点，采用链式计算法则进行正运动学计算。利用欧几里德范数推导出用于机械臂定位、定向的运动学解，为机械臂准确、高效的操作奠定基础。通过正逆运动学互验的方法检验机械臂模型的正确性。其次，通过确定机械臂三个角的运动范围，满足机械臂与巡视器结构不碰撞的约束条件。再简化机械臂几何模型，将机械臂抽象为由空间中平行线段围成的杆。将月面环境数据存储在AABB树中，将机械臂的简化模型与AABB树中节点进行遍历完成碰撞检测，得到机械臂与月面不存在干涉的运动空间。最后，通过启发式的一种改进算法——SA*算法，对机械臂展开进行规划。SA*算法对机械臂的相邻两次位形变换进行检测，满足位形变更相同的条件下，进行节点代价缩减。通过该方法，极大减少了规划结果存储数据结构中的数据量，提高了规划结果搜索的效率，减少了机械臂位形变更次数。文章通过在VS2008开发平台上，基于MFC框架类和Open Inventor软件，专门开发了一套适合于三维仿真的工具，有效验证了机械臂正逆运动学模型以及SA*探测规划算法的正确性。