航天领域越来越受到各国的关注,但太空碎片是一个亟待解决的问题,它威胁着在轨宇航员和太空机器人的安全。本文研发这套基于力反馈的在轨机器人虚拟仿真系统,通过模拟太空环境,实现太空在轨装配维修任务的模拟仿真训练,其中涉及到力反馈、虚拟现实、太空机械臂仿真、力觉渲染和虚拟夹具等方面的研究。本文在借鉴国内外学者研究成果的基础上,通过搭建这套基于力反馈的在轨机器人虚拟仿真系统,对其中力觉渲染技术和虚拟夹具技术进行了效率优化和功能完善。具体来说,本文主要完成了一下几点具体工作:首先,搭建了具有力反馈功能的在轨虚拟装配仿真系统。系统结合力反馈设备与虚拟场景进行交互,操作员通过力反馈设备控制太空虚拟场景中的机械臂进行仿真运动,并将机械臂受到反馈力实时传给力反馈设备,从而实现人机的力觉交互。系统由力反馈模块、机械臂仿真模块以及显示模块组成,并且结合Oculus眼镜观察场景以增加沉浸感和虚拟现实的效果。其次,研究了 VPS力觉渲染算法中多个关键技术,进行了实验验证。在力觉渲染技术研究上选择了高效并且复杂度可控的VPS力觉渲染算法,本文提出了新的基于射线检测技术的获取点壳模型和体素模型的方法,然后将基于VPS的层次遍历力觉渲染算法应用到系统中,进一步提高了渲染效率。然后,在传统虚拟夹具方法的基础上进行优化,提出了自适应虚拟夹具的概念,并进行研究验证。通过实时求取最优的关键点从而构建路径较短的虚拟管道,实现动态虚拟夹具的功能,最终得到复杂度较低并且具有通用性的虚拟夹具模型。最后,完成了在轨机器人虚拟装配仿真系统的验证实验。将本文研究的力觉渲染方法和自适应虚拟夹具技术运用到本系统中,并通过分析相关仿真和实验结果,验证了本文提出的基于VPS的力觉渲染技术和自适应虚拟夹具技术的有效性和高效性。