在核辐射、深海、太空等人类无法到达的危险环境中，遥操作机器人作为人类感知能力和行为能力的延伸，能将人的智能决策能力和机器人的局部自主能力进行有效结合，完成人类在一般情况下不易完成或不能完成的工作。本论文以空间机械臂遥操作关键技术的研究为蓝本，主要开展了三个方面的研究：空间机械臂虚拟仿真的研究，空间机械臂作业规划的研究，空间机械臂遥操作安全策略的研究。空间机械臂虚拟现实建模包括几何建模、运动学建模及场景建模，运动学建模主要是指机械臂运动学正解、运动学反解和速度级反解，针对空间机械臂的结构特点和功能特点，提出了两种仿真方案，第一种是基于相对位姿定位的仿真方案，第二种是基于绝对位姿定位的仿真方案，并就两种方案的优劣进行了对比分析。空间机械臂作业规划包括任务规划和轨迹规划，采用由粗到精的粒度原则，对空间机械臂作业任务进行了操作、动作和动素层面的划分，得到动素执行序列，通过基于关节空间和操作空间的轨迹规划与生成，实现动素执行序列向动素执行指令的转化。本文从主控端、网络端、受控端的角度，分析了影响遥操作安全的因素，并提出了相应的防范策略，重点研究了干涉检测和力反馈策略。最后从遥操作控制方式和操作模式两方面对空间机械臂原型系统进行了总体设计，开发了地面端子系统和在轨端子系统，实现了在轨端和地面端的网络模拟通信，建立了空间机械臂遥操作原型系统，结合机械臂搬运安装桁架实验和干涉检测分组实验，完成了系统各功能模块的测试。