航天任务日益复杂且具有不可预知性,空间环境又日益恶化,未来在轨服务和行星探测任务对空间操控机构的自主性、灵活性和可靠性将提出更高的要求,传统的宇航员舱外活动和空间机械臂将不再适应需求。成本低、可更换、构型可变的模块化机器人逐渐成为研究热点。然而当前的模块化机器人多以同构为主,构型有限,不足以应对复杂多变的航天任务;重构方法均为单一层次的可重构或自重构,前者对辅助机械臂要求甚高或依赖人的参与,后者又很难在空间中实现重构控制;此外,当前鲜有研究基于任务驱动的模块化机器人构型决策,难以适应空间非结构环境和未知任务。针对未来航天任务的需求以及当前空间操作方式和模块化机器人研究领域存在的问题,本文提出了空间细胞机器人这一新型空间操控装置,对其系统架构和核心概念进行详细阐述,建立了数学模型,实现了运动学、动力学方程的自动生成,并以此为基础,研究了基于案例推理(CBR)的空间细胞机器人决策。最后,本文利用MATLAB/SimMechanics搭建了相关软件平台,验证了细胞机器人的运动学、动力学方程自动生成算法,对空间细胞人的构型决策进行了仿真分析,并给出了细胞机器人执行空间在轨任务的控制实例。