随着太空活动的日趋频繁，使用空间机械臂代替或者部分代替宇航员进行太空活动已经是新的发展趋势。在太空中，机械臂的基座处于漂浮状态，机械臂在工作的过程中会对基座的位置和姿态产生干扰。本文研究空间机械臂的轨迹规划算法，使机械臂运动对基座姿态产生的扰动最小，为了充分验证算法的可行性与有效性，选用气浮式地面仿真实验方法，分析了各种干扰对仿真实验有效性的影响，并研究了仿真系统的组成。首先，本文介绍了国内外在空间机械臂与其轨迹规划算法方面的研究成果，以及地面仿真方法的研究现状，并分析了各种地面仿真方法的优缺点。其次，本文推导了空间机械臂的运动学和动力学方程，建立了机械臂3种工作模式下的运动学模型，通过Lagrange方法建立了空间机械臂的动力学模型。并介绍了本文所要研究的单臂机械臂系统，给出了机械臂动力学参数。再次，本文研究了自由漂浮和自由飞行状态下的空间机械臂的轨迹规划问题。首先研究了笛卡尔空间的点到点轨迹规划问题，仿真结果表明算法能够实现机械臂末端位姿点到点运动，但是机械臂运动会对基座姿态产生较大的扰动。连续路径跟踪通过广义Jacobi矩阵逆的方法实现基座姿态无扰动机械臂末端位姿跟踪，但是在数值仿真过程中出现了Jacobi矩阵奇异问题，限制了此方法的应用。为了克服上述问题，本文使用正弦函数参数化机械臂关节，选择混沌粒子群算法作为优化策略，分别实现了自由漂浮状态下基座姿态扰动最小和自由飞行状态下的基座干扰力矩最小的轨迹优化，并通过数值仿真验证了算法的有效性。最后，本文分析比较空间机械臂的各种地面仿真方法后，选用气浮式仿真方法验证轨迹规划算法，并分析了各种干扰对地面仿真有效性的影响，分析表明气浮式仿真方法能够有效进行空间机械臂轨迹规划算法的地面实验。本文还研究了气浮仿真系统的组成，设计了算法实验的方案，为后续的算法实验提供参考。