随着空间探索的深入,空间机器人将发挥越来越重要的作用。空间机器人得以应用的一项关键技术是目标捕获。由于空间机器人与其载体飞行器之间存在动力学耦合,机器人在进行捕获任务时会对载体产生干扰,导致载体飞行器与地面通信失败,根据这一问题,本文进行了空间机器人目标捕获运动的轨迹优化研究,针对不同载体状态的空间机器人提出优化目标和方法,并结合实例进行对比仿真研究和地面实验研究。本文首先建立空间机器人的运动学和动力学数学模型,根据基座姿态是否受控,推导了空间机器人自由飞行和自由漂浮状态相应的正运动学方程、基于广义雅克比矩阵逆的速度级逆运动学方程和自由飞行空间机器人的动力学方程。介绍了本文的研究对象,并根据本文要研究的六自由度机器人系统的运动学、动力学参数分析了空间机器人的特点。其次本文研究了空间机器人的轨迹优化问题。分别提出了空间机器人关节空间和笛卡尔空间的轨迹参数化方程,并根据空间机器人的不同状态提出了不同的优化目标:自由漂浮空间机器人的姿态优化和自由飞行空间机器人的力矩优化。选择遗传算法作参数优化策略,设计了空间机器人关节空间和笛卡尔空间的优化流程。在笛卡尔空间优化中引入奇异标记,使优化轨迹中不包含奇异点。最后本文建立了空间机器人仿真环境,结合具体算例,进行自由漂浮空间机器人关节空间姿态调整优化仿真、笛卡尔空间姿态无扰优化仿真和自由飞行空间机器人关节空间、笛卡尔空间力矩峰值优化仿真,对仿真结果进行了对比分析。本文通过相对运动思想建立自由漂浮空间机器人地面试验系统,进行三自由度机器人姿态优化实验,证明了在具有相同关节轨迹情况下自由飞行空间机器人与地面机器人对载体干扰力矩是近似相等的,并据此建立自由飞行空间机器人地面力矩实验平台,进行力矩优化地面实验。本文的优化方法可以实现通过优化自由漂浮空间机器人关节空间轨迹使关节状态和载体姿态同时达到期望值,也可以实现末端到达期望位姿和载体姿态无扰。对自由飞行空间机器人,本算法可以降低控制航天器载体姿态的压力。