随着空间机械臂技术的不断发展,空间日趋复杂和精细的作业任务对空间遥操作机械臂控制技术提出了很高的要求。由于七自由度机械臂具有非常灵活的操作能力和高精度的作业能力,实现七自由度机械臂的遥操作控制方法,可以完成很多复杂和未知环境中的作业任务,具有广阔的应用前景。为了应对空间技术发展的需求,本课题对空间遥操作关键技术进行了深入研究,自行研制了一套基于虚拟预测环境的空间遥操作机械臂控制系统,主要包括人机交互设备(六自由度力反馈手控器)、虚拟预测环境、socket网络通信、从端机械臂控制平台与七自由度机械臂等。操作者在主端使用手控器操作机械臂完成一系列典型的空间任务,如移动、抓取、插销等。同时利用视觉、力觉、测距等各种传感器来反馈环境信息增强操作者临场感,提高作业效率。针对系统的机械臂控制设计,主要搭建基于ROS(robot operating system)的机械臂控制平台,首先针对真实机械臂的机构特性进行D-H参数分析,在ROS中创建机械臂参数模型,设计PCAN总线通信。然后分别进行机械臂正、逆向运动学分析,其运动解算算法使用ROS中提供的KDL库(The Kinematics and Dynamics Library,运动学和动力学库),主要基于数值计算的方法,并利用不断迭代方式,找寻唯一解,具有运算快,稳定性好等特点。为了提高空间作业的安全和效率,进行了基于机械臂安全作业的多模态控制方案的设计。利用传感器不断实时采集周围环境信息,使操作者具有更加真实的临场操作感,不断反馈环境信息来辅助作业,提高作业的安全性。并分别论述了基于遥操作安全作业的机械臂自主模式操作、基于遥操作技术相结合的局部自主模态下的控制以及力辅助式遥操作控制系统,并分别进行相应的仿真进行论证。最后,设计了一系列的遥操作实验对整个系统进行研究。在不同时延的条件下,计算主端虚拟环境和从端中机械臂的位置跟踪误差和力反馈误差,然后进行三种模态下的遥操作实验研究,验证系统的可行性、可靠性和有效性。