自1957年人类发射了第一颗人造卫星起，航天领域已逐步成为军用、商业领域各国的新的关注点与投资点。但除了以科学研究为主要目的、飞往外太空的星球探测器外，主要的发射区域集中在地球附近，且同步轨道尤为集中，但近地太空资源有限。另一方面，卫星的成本高昂，每年都会有由于各种原因发生故障而不能正常工作或者未正确入轨的卫星，它们各构件性能良好，却无法提供预计的服务，造成了资源的极大浪费。所以以在轨卫星为服务对象的在轨服务技术得到了各国的重视。我国也正在积极推进相关技术的研究。。本文即以失效或故障卫星的回收为背景，以安装有机械臂的空间机器人为媒介，对无法提供通讯的非合作目标的抓捕前的路径规划和抓捕后的参数辨识进行了研究。首先，依据动力学相关知识，建立了空间机械臂系统的运动学与动力学模型。考虑到空间机器人相对于地面机器人系统基座不固定，基座与机械臂之间存在动力学耦合作用，建立了反应机械臂末端与机械臂关节运动关系的广义雅可比矩阵。然后，为实现对非合作目标的准确快速抓捕，对机械臂的末端进行轨迹规划。在广泛调研国内外研究现状的基础上，提出基于图像的机械臂末端的轨迹规划方法。实现了直接在图像空间规划机械臂末端速度的目的。相对于基于位置的轨迹规划方法，基于图像的轨迹规划方法具有对相机的模型误差鲁棒性好、运算更为简单的优点。为避免目标逃出相机视野，机械臂出现结构干涉的情况出现，采用人工势场法，对目标在相机视场中的位置和关节角的运动范围进行约束，仿真结果表明，基于人工势场法的约束方法行之有效。最后，出于抓捕后最优控制的考虑，在非合作目标抓捕成功后，对其惯性参数进行辨识。由于抓捕后非合作目标与机械臂连为一体，整个系统不受外力作用，系统的动量守恒。通过对机械臂关节施加激励，改变系统的运动状态，从而建立辨识方程，采用最小二乘法求解辨识方程，得到非合作目标的惯性参数。