传统的空间机器人往往搭载一个或多个刚性臂,难以兼顾目标捕获与受限空间作业等要求,尤其是无法进入狭小空间或无法在多障碍环境中开展灵巧操作。这一方面是由于传统空间机器人搭载的机械臂的自由度数少不易实现臂形的调节以完成灵巧操作,另一方面是由于传统机械臂的驱动电机和控制器集中于关节处使得机械臂结构尺寸较大,在多障碍环境中极易与障碍物发生碰撞从而导致无法开展灵巧操作。为了解决上述难题,本文结合刚性臂和绳驱柔性臂的特点,提出了一种刚柔混合双臂空间机器人在轨服务系统方案,并围绕目标捕获、维修操作等任务开展协同轨迹规划与控制方法研究。针对非合作翻滚目标运动特性复杂且极易超出机器人工作空间导致捕获失败的问题,提出了一种面向目标星对接环上绝对速度和相对距离综合最优的捕获点的刚柔双臂“捕获-监测”协同轨迹规划方法。刚性臂自主接近最优捕获点直到满足捕获条件,在此过程中柔性臂末端在监测点对捕获过程进行视觉监测以保证捕获任务的安全性。采用牛顿-欧拉法建立非合作目标的姿态动力学模型,基于此计算对接环上各点的位置和速度信息,进而确定当前时刻对接环上与刚性臂末端相对距离最小的捕获点（即动态最近点）,以及绝对速度最小的捕获点（即速度最小点）。结合任务需求对最小相对距离和绝对速度进行加权融合,得到最优捕获点以及相应的视觉监测点,分别作为刚性臂和柔性臂末端运动的目标点。基于此,分别规划刚性臂和柔性臂末端的期望速度。然后利用混合双臂广义雅可比矩阵进行运动分解,得到每个臂各关节的期望角速度和期望角度。所规划的轨迹可实现空间机器人对目标卫星进行安全、快速的捕获。针对目标捕获后对其进行维修作业并保证操作灵巧性和姿态稳定性的问题,提出了一种基于受限空间可操作度优化的刚柔混合双臂“抓持-维修”协同轨迹规划方法。通过刚性臂和柔性臂的协同运动保证了狭小空间中维修操作安全性。首先对柔性臂进行运动学等效,并分析了基座固定和漂浮状态下柔性臂的可操作度。然后推导了混合双臂空间机器人的等效广义雅可比矩阵及其零空间投影矩阵;通过零空间投影矩阵建立混合双臂在任务操作方向上的可操作度优化函数,再根据狭窄空间中待操作点与柔性臂末端的相对位姿关系,分别规划得到刚/柔性机械臂末端期望速度。最后,利用末端期望速度,并结合任务操作方向上的可操作度优化函数,实现任务方向上可操作度优化的混合双臂协同规划。为了避免目标卫星转位过程中双臂机器人与目标卫星或服务星上的物体发生碰撞,提出了一种基于圆弧法的刚柔混合双臂空间机器人协同避障轨迹规划方法。结合无偏置刚性臂和分段联动绳驱柔性臂的结构特点,采用单圆弧和双圆弧对其进行等效,各自得到由等效圆弧首尾相连组成的空间曲线。根据圆弧参数与刚/柔性臂末端位姿的相互映射关系,建立了刚/柔性臂逆运动学求解的约束方程,通过控制圆弧曲线与障碍物之间的最小欧式距离建立刚/柔性臂的避障约束方程。最后,采用牛顿迭代法进行联合优化求解,确保刚柔混合双臂沿期望的轨迹转运目标卫星,并同时实现障碍物的回避。进一步地,针对大载荷目标转位及大力矩操作过程中导致的基座失稳问题,提出了基于动力学参数辨识及动力学补偿相结合的复合体系统基座位姿控制方法。由于非合作目标的质量、惯量未知,捕获后复合体系统的质量特性分布发生了变化,在转位操作中引起基座质心位置、姿态发生较大变化,成为导致基座失稳的关键因素。因此,首先通过等效两体模型辨识目标卫星的动力学参数,然后结合目标动力学参数和目标转移过程中刚/柔机械臂的运动数据,采用牛顿-欧拉递推方法推导基座稳定控制时的动力学前馈补偿量,再根据基座期望位姿与当前位姿的偏差,采用PD控制方法得到基座稳定控制时的PD控制量。最后,将动力学前馈量与PD控制量叠加得到组合体基座位姿控制律,从而确保在目标转移过程中基座位姿的稳定。最后,搭建了地面实验系统并开展实验,验证了本文提出的混合双臂空间机器人建模及规划方法。实验系统由实验室研制的无偏置刚性臂、分段联动绳驱柔性臂以及商用的UR5e机械臂组成。无偏置刚性臂和绳驱柔性臂分别用于模拟空间刚柔混合双臂机器人的运动,UR5e的末端与目标星模拟器固连,模拟根据动力学计算结果产生目标卫星的相对运动。基于上述实验系统,开展了混合双臂捕获目标卫星的实验以及狭小空间作业实验,结果验证了所提方法的有效性。