自由漂浮空间机器人由于其能耗低而越来越受到研究者的重视。其中目标捕获在空间机械人研究领域作为一项基本操作内容,因其应用范围广而显得尤为重要。但目前的捕获研究主要针对固定目标,实际中待捕获目标通常并非静止的。本文重点研究自由漂浮空间机器人快速有效捕获运动目标操作的轨迹规划方法,以及在捕获过程中空间机器人末端与目标之间的碰撞问题,通过选择碰撞时的机械臂臂型以及碰撞后的继续规划优化了整个捕获过程。本文首先建立了自由漂浮空间机器人的运动学和动力学的数学模型,推导了自由漂浮空间机器人的正运动学方程、基于广义雅克比矩阵的速度级逆运动学和动力学方程,简要介绍了本文的研究对象并分析其特点,建立其用于虚拟仿真的几何建模模型。然后根据所建立的运动学模型,通过分别在关节空间和笛卡尔空间的规划,完成其点到点跟踪和直线路径跟踪,验证所建立模型的正确性,并为本文的研究提供基础。其次,本文着重研究了自由漂浮空间机器人对运动目标自主追踪的轨迹规划方法。对运动目标的追踪,要求快速性与稳定性的同时,使得追踪过程中的轨迹规划次数少,且可以兼顾其它指标。本文提出了直接瞄准法、连续路径规划追踪法和分段标准路径法,分析了各自的优缺点和适用情况。针对计算量小的规划方法,其跟踪精度差的情况,通过基于卡尔曼滤波器的目标运动参数预测,使得空间机器人对运动目标的跟踪精度得到提高。并通过搭建实验平台,利用实验验证了分析结果。文章的最后分析了空间机器人末端操作器对目标的捕获过程并分析了捕获过程中产生的碰撞影响,利用动力学方程推导了碰撞动力学模型,得到了碰撞冲量与空间平台与目标在碰撞点处之间相对速度和机械臂臂型之间的关系。由于碰撞冲量在实际中并不容易测得,又结合运动学模型推导了碰撞过程中空间机器人基座与机械臂速度的变化量。最后通过分析在机械臂追踪捕获运动目标的各可能的捕获位置,机械臂臂型不同和机械臂末端与目标相对速度误差对系统而造成的碰撞冲量之间的关系,并据此选择了最佳的捕获位置并进行碰撞后的继续捕获规划。