随着航天技术的发展,越来越多的航天器被运送到太空投入使用,而此时对出现故障的航天器进行在轨捕获维修、报废回收等航天操作任务也越来越繁重。在极端恶劣的太空环境中,利用空间机器人协助或代替宇航员完成各种目标航天器的在轨捕获等操作具有很好的应用前景。本文以三种不同结构形式的漂浮基空间机器人为对象,对其捕获目标过程的接触碰撞动力学和捕获后的镇定控制展开研究。根据多体系统动力学理论,分别推导得到单臂刚性、单臂柔性和双臂刚性三种不同结构形式空间机器人系统的动力学模型；在此基础上,对三种不同结构形式空间机器人系统,利用动量定理分析其捕获目标过程受到的接触碰撞效应；而后,联立空间机器人和目标的动力学模型,进一步推导得到三种结构形式空间机器人捕获目标后与之形成的组合体系统动力学模型,由于受到接触碰撞的影响,将会使捕获目标后的组合体系统产生不稳定运动。首先,针对结构比较简单的单臂刚性空间机器人系统,根据不同的情况,设计不同控制算法对其捕获目标后不稳定运动组合体系统进行镇定控制：当目标参数值未知时,设计自适应控制算法对组合体系统进行镇定控制,通过对未知参数进行实时在线计算调整以克服其对控制效果的影响；当目标参数值范围已知,而精确值不确定时,则设计鲁棒控制算法进行镇定控制以减小控制算法的计算量,从而提高控制器的响应速度；当目标参数值未知,且空间机器人参数值不确定时的更复杂情况下,结合上述控制算法,设计鲁棒自适应复合控制算法以实现对组合体系统的镇定控制；当存在未知干扰时,设计基于干扰观测器的滑模镇定控制算法可以有效克服未知干扰的影响,同时可以消除滑模控制算法的抖振问题,充分提高其鲁棒性；当组合体系统动力学模型未知时,设计自学习能力较强的神经网络控制算法进行镇定控制,该控制算法基本上不依赖于系统的动力学模型,其适用性更强。接着,考虑机械臂连杆柔性特点,针对单臂柔性空间机器人捕获目标后的组合体系统,同样在不同情况下,设计不同控制算法实现对其镇定控制,并进一步考虑对柔性连杆弹性振动的抑振：当目标参数值确定、未知和不确定时,分别设计线性反馈、自适应和鲁棒控制算法对组合体系统进行镇定控制,同时增加对应的抑振控制算法对柔性连杆弹性振动进行抑振；考虑到上述抑振控制算法会对镇定控制算法产生影响,基于奇异摄动法将组合体系统分解为慢变子系统和快变子系统,并分别基于两子系统设计神经网络镇定控制算法和线性二次最优抑振控制算法,以避免两种控制算法的相互影响；为了减小控制算法的复杂性,基于混合轨迹只需设计神经网络一种控制算法就可实现镇定和抑振的同时控制。而后,针对结构形式比较复杂,但更加灵活和可靠的双臂刚性空间机器人系统,在不同情况下,对其捕获目标后形成闭链组合体系统设计不同的镇定控制算法：当组合体系统动力学模型确定时,设计线性反馈控制算法并增加相应的内力控制项,实现对闭链组合体系统的力/位形协调镇定控制；当组合体系统动力学模型未知时,基于上述控制算法,并增加相应的鲁棒补偿项而得到一种鲁棒控制算法对组合体系统进行镇定控制；当存在未知干扰时,设计基于干扰观测器的滑模控制算法进行镇定控制,可有效克服干扰的影响,并消除滑模抖振问题。最后,对上述各种控制算法进行稳定性的理论证明,并通过计算机进行数值仿真以验证其镇定控制效果。