载人航天技术是每个国家航天建设的关键技术,对于一个国家的经济、科技以及政治都起着举足轻重的决定性作用。随着我国航天事业的发展,航天员出舱活动任务越来越复杂,包括推送物体或举起重物等,而太空中失重的环境下物体受力后的运动状态和地面完全不同,若航天员以常规的思维方式来施加力,就会导致安全事故。为此航天员在飞向太空之前需要在地面进行微重力环境下的模拟操作训练。本文根据研究背景,设计了一款柔索驱动航天员虚拟平面作业训练机器人,其作用是在地面模拟太空中失重环境下不同质量物体在施加力后的运动状态,进而培养航天员的思维方式,为太空中出舱活动做好基础。此机器人由柔索驱动,为平面构型,具有三个自由度,可以实现航天员推拉物体、托放物体以及转动物体三个方面的训练内容。论文的具体研究工作包括:首先,针对航天员的出舱活动任务、航天员所处的环境等因素确定此柔索驱动航天员虚拟作业训练机器人的设计要求,进而来确定此机器人的结构方案,包括整体结构、尺寸规划、柔索布局,其整体结构分为导向机构、虚拟操作单元、驱动单元三个部分;进而根据期望机器人所能达到的功能进行总体控制方案设计和通讯方案设计。根据结构设计方案及机器人的运动特性,建立机器人运动方程,对机器人进行运动学分析,并进行仿真验证;根据机器人的力学特性,建立机器人的动力学方程,对此四柔索机器人机构的动力学进行分析,并进行仿真,在做机器人动力学分析时,针对其柔索力冗余问题,提出一种基于粒子群算法的力分配算法,并与以往的广义逆算法做对比,基于粒子算法的力分配算法效果非常好,并通过Matlab仿真分析模块进行仿真,来验证此方法的有效性及优越性。对机器人的控制策略进行设计研究,首先针对四柔索驱动的整体控制策略采用力位并行的控制方案,三根柔索用位控保证位置加载精度,一根柔索用力控保证四根柔索上的力分配合理,分别对其控制器进行设计及仿真分析,并针对力控单元的多余力提出速度预估模型,来提高控制效果。为了验证控制策略的有效性及此机器人装置的人机性能,利用d SPACE半物理仿真平台进行实时实验研究,内容主要有四个部分:单柔索位置伺服控制实验、力主动加载伺服控制实验、力被动加载伺服控制实验、双柔索人机性能实验,经过实验研究验证了控制策略的有效性。