随着航空航天技术的发展,计算机、自动化等各个领域的进步,人们在航空航天领域方面的研究越来越广泛,对航天员各方面的要求也越来越高。航天员不仅需要进入太空,而且需要在太空中完成各种复杂的任务,采用高效的作业方式会使任务操作更加安全,因此针对航天员在太空中如何以最佳方式执行任务的研究变得尤为重要。本文通过计算机仿真研究对航天员的操作训练提出了一种适宜可行的方法。针对一次舱外活动搬运大型载荷任务,建立航天员冗余七自由度上肢模型;在运动学、动力学基础上,完成对执行特定任务的轨迹规划;提出一种有关时间、能量、冲击的多目标优化方法,并在关节空间中完成多目标轨迹优化,最后通过运动捕捉系统对地面上航天员的训练进行运动捕捉并评价分析,本文主要研究内容如下:通过对人体解剖学及生理学的分析,分别对腕关节复合体、肘关节复合体和肩关节复合体进行细致阐述。针对穿着航天服下的人体手臂生理结构,抽取双臂的等价运动链,分别采用D-H法和GABP神经网络法完成对航天员手臂正、逆运动学的分析,并进行仿真验证。考虑充压航天服及太空失重环境对运动的影响,提出航天服关节阻力矩迟滞模型,并利用拉格朗日法建立航天员上肢的动力学模型。通过简化的三自由度手臂模型,对比分析未着服、着服未充压和着服充压下的航天服对航天员运动的影响。采用蒙特卡洛法对着服航天员单臂的工作空间,双臂协作工作空间进行求解。针对操作空间和关节空间分别采用五次多项式插值法及4-1-4次多项式插值法进行轨迹规划,实现始末无冲击的运动。针对一次搬运载荷任务采用7次B样条曲线法在关节空间构造轨迹,建立了以时间、能量、冲击为目标的多目标优化函数。采用非支配排序遗传算法（NSGA-II）对航天员作业轨迹进行了多目标优化,根据模糊隶属度在Pareto解集中选取最优解,得到所需的运动轨迹,该算法可以在减少时间的基础上同时减少能量和冲击。在运动捕捉系统（NOKOV）下进行操作训练模拟实验,以最优轨迹为标准进行仿真示教,采用动作捕捉系统对实验人员训练动作进行捕捉,通过seeker软件进行数据处理,得到每次运动过程中所消耗的时间、能量及冲击,最后通过评价函数对每次训练过程进行评价分析,得出每组运动评价分数,根据评价标准值及示教过程调整位姿进行后续反复训练。