本文利用多刚体系统动力学方法对载体位置、姿态均不受控制的浮动基空间机械臂系统的运动学、动力学作了分析，并结合系统的动量与动量矩守恒关系建立了系统的动力学方程及运动的广义Jacobi关系。以此为基础，对空间机械臂末端抓手追踪惯性空间期望轨迹的控制问题作了研究。考虑到空间机械臂系统的结构复杂性及某些参数(如液体控制燃料的数量)的变动性，根据具有较强鲁棒性的变结构滑模控制理论，设计了轨迹跟踪控制的变结构滑模控制方案。此控制方案的优点在于：在操作过程中不需要对空间机械臂载体的位置、姿态进行主动控制，因此将大大减少位置、姿态控制装置的燃料消耗。通过对平面三杆自由浮动空间机械臂系统的仿真计算，证实了文中提出的变结构滑模控制方案的有效性。