随着我国航天探索任务的不断深入,空间机器人以其高灵巧性和操作性能发挥着越来越重要的作用,其中机器宇航员由于具有较强的双臂协调操作能力,承担着越来越复杂的空间操作任务。为达到精细操作任务的要求,需要在精确控制操作位置的同时,控制协调操作任务中必要的操作力,即需要在任务中实施力位混合控制。然而,太空工作环境具有复杂、未确知等特点,环境精确参数往往无从得知,而力位混合控制的效果往往取决于对环境的精确建模,这就要求机器宇航员具有在未确知环境下进行力位混合控制的能力。而现有的未确知环境下的力位控制方法多针对单臂机器人,通常不考虑双臂协调操作时对操作物内力的控制,因此,本文围绕未确知环境下机器宇航员协调操作过程中操作物的轨迹跟踪控制、力柔顺控制等问题进行了研究,并通过数值仿真与实物实验验证了相关算法的有效性,研究内容对国家空间机器人技术的发展具有重要的理论意义和工程价值。本文的主要工作如下:首先开展机器人末端与环境接触过渡过程的力位控制方法研究。针对机器人末端与环境从非接触到接触的过渡过程中冲击振荡大、稳定时间长等问题,基于能量分析的方法,提出一种利用加速度反馈为约束空间力控制提供阻尼的方法,该方法可以快速实现接触过程的稳定过渡。考虑到大刚度环境下具有反弹速度大的特性,会导致机械臂末端脱离环境表面,在引入加速度反馈的力控制策略的基础之上,提出了控制模式的切换策略,使得新的控制方法对于不同刚度的环境均具有一定的鲁棒性。其次开展环境刚度未确知情况下机器宇航员力位控制方法研究。针对在约束环境刚度未确知时执行操作任务的需求,开展了机器宇航员协调操作的力控制方法研究。在分析PID力控制方法稳定性的基础上,通过利用BP神经网络对任意非线性函数逼近的能力,提出一种在环境刚度未确知情况下,在单臂机器人力控制回路中采用BP神经网络整定的增量式PID控制的方法。将研究对象从单臂机器人扩展到机器宇航员,基于机器宇航员的动力学模型,综合分析双臂协调操作时的约束关系,分别设计环境刚度确知及未确知时机器宇航员的柔顺控制系统,从而实现在控制操作物内力的同时提高对环境刚度未确知性的自适应能力。然后开展环境几何未确知情况下机器宇航员力位控制方法研究。针对在约束环境形状未确知时执行操作任务的需求,开展了机器宇航员协调操作的力控制方法研究。通过建立一种环境表面跟踪运动模型,综合利用机械臂末端六维力传感器的反馈信息,设计单臂机器人末端姿态调整算法及力控制方向的调整算法。将研究对象从单臂机器人扩展到机器宇航员,根据操作物的运动姿态及与环境的接触力,设计双臂末端的位姿调整算法,从而在控制操作物内力的同时实现对未确知几何形状的环境表面的力位跟踪。最后针对机器宇航员协调操作力控制开展实验研究。为了验证本文中提出的相关控制理论在机器人研究领域的应用价值,针对约束环境下典型的双臂协调操作任务,开展了机器宇航员协调操作柔顺控制的实验研究。实验结果验证了相关控制算法的正确性与有效性。