空间技术的发展使得空间机器人的应用更加广泛,特别是自由漂浮空间机器人(Free-Floating Space Robot)。FFSR由空间载体和搭载在其上的机械臂组成,能在宇宙空间自由漂浮并代替宇航员做在轨服务作业。在FFSR作业时,空间载体位姿无控,这样可以节省昂贵的载体位姿控制燃料,延长了空间机器人的使用寿命。本文针对自由漂浮空间机器人的运动学建模、运动规划等内容进行了研究。在本文开始,我们对空间机器人的发展历史及国内外空间机器人的研究现状做了比较详尽的综述。接着,根据机器人学理论,我们将位姿描述方法和D-H坐标系建立方法应用到了空间机器人上。接下来,本文推导出了基于总动量表达式的自由漂浮空间机器人的运动学模型,该模型能够方便地描述空间机器人载体和机器人末端工具点与机器人关节角间的速度映射关系。接下来又对空间机器人的载体姿态干扰特性、非完整性以及工作空间进行了分析。这些研究为后续的自由漂浮空间机器人的路径规划研究莫定了理论基础。最后,本文基于使自由漂浮空间机器人在运动时消耗能量最小的目的,利用多项式插值法对其运动轨迹进行最优规划。它的本质是将非完整约束方程映射到一个等价的低维空间中,然后利用高阶多项式作为关节空间轨迹的表示方法。此方法实现了仅通过机械臂的运动同时使基座姿态和机械臂末端位置达到期望的状态。