随着空间技术的飞速发展，空间机械臂作为在轨支持、服务的一项关键性技术已进入太空，并越来越受到人们的关注。空间机械臂都是在地面组装调试好之后再发射到太空去完成任务，而地面与空间重力环境存在很大不同，在地面装调好的空间机械臂在空间能否取得与地面相同的控制效果是一个值得研究的问题。针对这一问题，本文首先建立地面与空间两种重力环境下的机械臂模型，再通过找出地面与空间控制方式的差别进而设计出对模型具有鲁棒性的控制器对空间机械臂系统进行控制，最终使两种重力环境下的空间机械臂均能取得很好的控制效果，具体内容如下：首先，对空间机械臂及微重力环境模拟的国内外研究现状进行了综述，并对空间机械臂系统的动力学及运动学模型进行了描述，给出了具体的仿真模型，为后续章节的研究做准备。其次，考虑空间机械臂由地面装调到空间应用过程中，重力对空间机械臂系统运动控制的影响。以空间机械臂为研究对象，通过将模糊控制与PID控制器相结合设计模糊PID控制器对不同重力环境下的空间机械臂进行轨迹跟踪控制，并通过计算机仿真验证控制器的有效性。由于模糊规则难以选取，控制器的设计具有较强的依赖性，因此针对上述问题，又使用了设计简单的滑模控制器对空间机械臂进行控制，针对控制系统中的抖振问题，将配置特殊的非线性结构-fal函数引入到趋近律设计中，提出一种新的基于趋近律的滑模控制方法，并基于李亚普诺夫理论证明了闭环系统的渐近稳定性。然而使用改进后的控制器虽然使系统抖振大大降低，但是抖振依然存在并且不可能完全消除。为了使系统取得更好的控制性能，使用自抗扰控制器对不同重力环境下的空间机械臂进行轨迹跟踪控制。通过将系统模型及未知外扰作为系统的总和扰动并利用扩张状态观测器对该扰动进行观测且给予补偿，从而提高了系统抗扰的性能。仿真结果表明该控制算法不仅能适应机械臂模型的变化而且还能有效抵抗系统的扰动，从而使系统具有较强的鲁棒性。