随着空间探索的深入,空间机器人将会发挥越来越重要的作用,空间机器人技术的研究已经成为各国航天技术的研究热点,在轨服务是空间机器人技术研究的热点之一,目标捕获作为在轨服务的一项关键技术也是近年来的研究热点。自由漂浮空间机器人是空间机器人的一种,具有姿态干扰性、非完整性和运动冗余性等特性。本文以七自由度自由漂浮空间机器人为研究对象,在完成空间机器人的运动学和动力学建模的基础上,对自由漂浮空间机器人捕获目标物的三个阶段：接近目标物(碰前)、抓取目标物(碰撞)、抓取后(碰后)的相关问题进行了探讨和研究,并进行了相应的仿真试验。论文的主要研究工作如下：1、研究了空间机器人的运动学及动力学建模方法。在研究多体动力学理论、航天器姿态及轨道动力学理论的基础上,根据空间机器人的运动几何关系和动量／角动量守恒,建立了空间机器人的运动学模型,并应用牛顿-欧拉法建立了空间机器人的动力学模型。2、研究了七自由度自由漂浮空间机器人避障路径规划算法。首先针对具体的七自由度空间机械臂构型,对空间机械臂的模型和障碍物模型进行合理的简化；在此基础上,介绍了将笛卡尔空间障碍物映射到关节空间的方法；在求得机械臂自由运动空间的基础上,利用A*启发式搜索算法在机械臂的自由空间内进行了最优路径搜索；最后,通过仿真试验对提出的空间机械臂避障路径规划算法进行了验证。3、研究了末端碰撞力最小路径规划算法。根据自由漂浮空间机器人运动学模型,确定力耦合因子,建立运动规划过程中机械臂运动对基座的姿态扰动关系,同时根据力耦合因子优化机械臂最优构型,并依据这种关系,得出粒子群算法的目标函数；然后采用正弦函数对关节角度、关节速度进行参数化；在此基础上,应用基于拥挤距离排序的多目标粒子群改进算法进行最优路径求解,实现了对末端碰撞力最小化,最后通过试验仿真验证了算法的有效性。4、研究了捕获目标后机器人路径规划算法。首先对于捕获的目标物进行动力学参数辨识,然后利用笛卡尔坐标系下路径规划获得辨识所需参数,最后利用获得的参数求得目标物的动力学参数。