随着空间技术的发展,太空中航天器越来越多,一旦航天器到达使用年限,就会变成太空中漂浮的垃圾。世界上的航天强国都在思索如何清理掉轨道上的失效航天器、空间碎片等垃圾。目前冗余空间机械臂捕获技术是最为成熟、可行的方案之一,本文将从以下几个方面开展对空间机器人捕获非合作目标的研究:首先,设计了一种漂浮基空间机器人,由漂浮基座、7自由度机械臂及末端抓捕装置组成。为提升抓捕性能,机械臂末端抓捕装置为4指12自由度的“多指交叉”机构。确定好空间机器人结构之后,基于DH坐标系建模法对空间机器人进行运动学分析,得到笛卡尔空间末端速度与关节空间关节角速度的映射关系。基于Lagrange方法从能量角度出发推导漂浮基空间机器人的动力学方程。其次,针对非合作目标的运动状态预测问题,提出一种基于四元数的无迹卡尔曼滤波（UKF）算法估计目标下一时刻的姿态、角速度,并将实时信息提供给空间机器人自主规划逼近轨迹。为了成功捕获目标,提出一套捕获策略和指标,并基于计算力矩法控制空间机器人对旋转目标实施捕获,验证该捕获策略的有效性。然后,针对空间机器人捕获目标过程存在的关节摩擦、末端扰动、参数误差等不确定项对捕获控制的影响,利用模糊系统逼近非线性项原理,引入模糊控制器补偿关节摩擦、参数误差和末端扰动等非线性项。在自适应模糊控制器内环中加入计算力矩法使得非线性二阶系统转化为线性二阶系统。设计Lyapunov函数证明该闭环控制系统的稳定性,并通过数值仿真分析该控制器控制空间机器人捕获旋转目标的性能。最后,针对自适应模糊补偿的计算力矩法在控制空间机器人捕获过程中出现的部分“抖振”、能耗高以及机械臂轨迹跟踪精度低、误差收敛慢等问题,提出基于滑模鲁棒项的神经网络捕获控制。利用滑模控制自身抗扰动特点,优化符号函数为双曲正切函数从而消除“抖振”,引入RBF神经网络来补偿参数误差、关节摩擦和末端扰动等不确定项的扰动,设计李雅普诺夫函数证明该闭环控制系统稳定性;最后基于多体动力学仿真软件MBDyn仿真验证,仿真结果表明算法具备良好的抗扰动能力、控制精度高、误差收敛速度快。