随着时代的发展,人类对空间探索的不断深入,空间机器人以其应用场景的多样性,越来越成为未来空间探索及应用的主力。同时随着失效航天器的增加,在轨装配零件结构大型化,大型目标捕获逐渐成为空间在轨任务重要组成部分,以大型目标捕获为任务的在轨服务越来越称为空间发展的主要趋势。然而由于单臂机器人稳定性较差,负载能力有限,仅仅依靠单臂机器人远远不能满足大型目标的在轨抓取任务要求。空间多臂机器人以其负载能力大、效率高,极大的提高了在轨抓取能力的上限。在抓取大型目标过程中,如果抓取点的位置选取不当,不仅会导致系统不稳、任务受限甚至可能造成目标受损而造成任务失败,因此抓取点的选取是空间多臂机器人完成抓取任务的前提条件。确定了抓取位置后,为了使空间多臂机器人抓取物体时能够具备最优的移动和负载能力,需要对空间多臂机器人抓取物体前构型进行优化。另外空间多臂机器人在抓取物体的接触过程中,由于惯性、刚度以及速度等干扰,机器人末端会在接触点处产生振动,因此机器人在抓取物体时进行柔顺控制来保证机器人末端抓取物体的稳定性和精确性具有重要意义。本文以空间多臂机器人为研究对象,针对大型目标捕获的任务场景开展空间多臂机器人抓取策略研究。具体包括基于抓取稳定性和运动能力综合指标的目标物体抓取点布局规划、基于综合可操作度指标的抓取构型优化以及抓取过程中的柔顺控制策略研究。首先开展基于抓取稳定性和运动能力综合指标的目标物体抓取点布局规划。针对抓取点展开约束分析,确定机器人抓取接触类型,抓取点到物体坐标系的映射关系;并对抓取点的抗扰动能力和运动能力进行分析,提出并构建了基于抓取稳定性和运动能力综合指标,利用层次分析法根据具体任务确定各指标权重;以抓取综合指标为优化目标,基于蒙特卡洛法对抓取点进行布局优化,通过仿真验证了所提抓取点布局最优,为后续抓取操作进行提供了保障。其次,开展基于综合可操作度的空间多臂机器人抓取构型优化方法研究。对空间多臂机器人运动学及动力学进行分析,并建立了多臂机器人运动学及动力学模型;在构建的多臂机器人运动学及动力学模型的基础上,提出并建立了同时考虑关节速度和关节力矩传递特性的综合可操作度指标作为构型优化目标函数;并根据第二章优化后的抓取点布局确定抓取位姿,基于粒子群算法在机器人关节角限定范围内,以综合可操作度指标作为适应度函数,对多臂机器人的抓取构型进行优化,最终得到空间多臂机器人的最优构型;通过仿真验证了空间多臂机器人在最优抓取构型下综合可操作度最大,并对初始构型到最优抓取构型进行规划,为后续空间多臂机器人抓取柔顺控制奠定了基础。然后,开展空间多臂机器人抓取接触目标物体过程中柔顺控制方法研究。针对机器人在接触物体的过程中,由于惯性、刚度以及速度等干扰,机器人末端会在接触点处产生振动等问题,本文提出了一种基于速度和加速度反馈的空间多臂机器人抓取柔顺控制策略,同时考虑到机械臂末端由于反弹振动可能脱离物体表面,设计了机器人从自由空间向约束空间的控制切换策略,使得机械臂末端与物体接触时可以减小振荡,实现抓取过程中的稳定过渡。最后,针对面向大型目标捕获的空间多臂机器人抓取策略开展实验研究。基于实验室现有的两条机械臂,改造实验平台,设计多臂机器人抓取接触过程中柔顺控制实验方案。基于采样得到的实验数据进行分析,验证了该算法的有效性和正确性。