由于人类持续频繁的空间探测和研究活动,如今大多数曾经用于探测活动的航天器已经停止工作,对后续发射的航天器来说他们已经成为了碰撞威胁,变成太空垃圾和空间碎片。因此目前全球人类都致力于减少在轨碎片、清除太空垃圾方法的研究,希望用低成本实现最大效率的垃圾清除工作,空间机械臂技术现已成为在轨垃圾碎片清除领域最有发展前景的解决方案之一。空间漂浮基体机械臂系统是一个无根系统,具有不受外力和外力矩作用、动量守恒、载体与基体位姿相互强耦合等特性,因此对于它的研究方法将区别于地面固定基座机械臂系统所使用的传统研究方法。本论文将对空间机械臂系统的以下问题展开研究:首先建立空间多连杆机械臂系统的运动学和动力学模型;对给定空间单臂三连杆六自由度机械臂系统并在Matlab软件中进行仿真,对漂浮基空间机械臂系统的动量守恒特性以及基体与连杆间的姿态和位置的耦合性进行验证;其次利用零空间方程和雅克比方程,求解在末端效应器跟踪的速度和位置已知时,求解跟踪过程中各关节所需的角速度大小;在存在初始误差和干扰力矩的前提下对空间6DOF三连杆刚性机械臂系统进行仿真,系统仍可以以良好的精度跟踪给定末端速度,并在过程跟踪中消除基体姿态扰动,验证了基于零空间规划方法的可行性;然后对于已知机械臂动力学模型的系统,利用计算力矩法使非线性系统线性化,对跟踪误差采用计算力矩控制,并利用径向基函数网络设计关于建模误差和外界干扰的整体补偿控制器;并使用该方法和基于精确动力学模型的PD控制器进行对比,证实了该跟踪控制方法的精确性和快速收敛能力;该控制方法还可以在跟踪控制的同时保持基体干扰姿态为零,提升了基体的安全性。最后在系统动力学模型未知的前提下使用FCMAC网络逼近模型中的未知矩阵项,并对关节进行跟踪控制,引入鲁棒补偿项维持控制系统的一致性;通过使用该方法和PI控制对末端平面运动6DOF三连杆刚性机械臂系统的仿真,验证了在系统动力学模型未知时,该跟踪控制法可以快速收敛逼近未知项,同时能够更为精确和快速地消除跟踪误差;在达到良好跟踪效果的同时保证基体姿态零扰动。综上,本文将对空间机械臂系统的建模、规划和控制这一系列问题进行研究,提出相关规划和智能控制方法,为工程应用提供理论参考。