为了使机器人能够代替人类从事各种工作，必须提高机器人的感知能力，其方法是给机器人配置各种各样的传感器，其中视觉传感器起着非常重要的作用，目前视觉伺服机器人的研究已经成为国内外研究的热点。本课题以江苏省自然科学基金项目《基于视线空间的多视觉融合机器人视觉伺服理论研究》为背景，搭建了一个基于视觉伺服的五自由度机器人控制系统，对机器人跟踪、估计、捕捉运动目标展开了研究。 首先搭建了伺服机器人的硬件系统和软件系统。硬件系统包括机械手本体、机器人电气控制系统、运动控制系统等。软件系统包括基于RTLinux和Linux的机器人运动控制程序，以及图像处理和运动控制两种软件平台相连接的串口通讯的实现。 研究和设计了一种改进的以卡尔曼滤波为核心的运动目标估计方法。主要改进点是增加了动态选择特征点的功能，针对所提算法进行了仿真和实验研究。仿真及实验结果显示该算法能够相对准确的跟踪和估计出目标的各项运动参数，算法满足空间机械手抓取运动目标的要求。 为了实现捕捉运动目标这个任务，本文对实验机器人进行了运动学分析，结合其结构特点，给出了五自由度机器人的正、逆解，然后进行了实验验证。并且在此基础上研究了操作臂的操作速度与关节速度之间的关系，应用矢量积的方法推导出了机器人的速度雅可比矩阵。 研究了五自由度机器人捕捉运动目标的运动规划问题。提出了一种算法简单，物理意义明确的运动规划算法。针对所提出的运动规划算法进行了仿真研究和实验研究，证明了该运动规划算法的可行性。