随着人类对宇宙空间的探测,对超大口径空间遥感器的需求越来越迫切。然而,因受到航天器发射尺寸的影响,整体式空间遥感器无法满足口径要求。采用分体式超大口径空间遥感器便成为解决此类问题的有效方案。其中,分体式空间组装是最具有竞争力的技术方案之一。在此技术中,需要对空间飞行机器人相关技术进行完善,特别是机器人的自主导航能力和运动控制技术。这些技术的完善能够帮助空间机器人自主地完成空间任务。此外,也应该开展相应的地面模拟实验。地面模拟实验有助于验证相关技术的有效性和可靠性,加速空间飞行机器人的实际应用。本文根据实际工程及预研需求,对空间飞行机器人的运动控制技术和地面模拟实验技术进行了研究。具体内容如下:建立了空间飞行机器人的运动学和动力学模型,包括坐标系之间的转换、运动学与动力学的关系以及喷嘴的布置方式。虽然这些理论模型已经得到了应用,但它们是机器人规划轨迹以及控制算法实现的基础,仍有分析的必要性。基于单个机器人的数学模型,研究了多个机器人协同工作时喷嘴的重构算法,分别设计了标准模式、节能模式和差动模式这三种分配模式。在分析重构算法时,发现差动模式可以很好地解决最小脉冲宽度限制问题。这一模式不仅可以用于多体系统中,还可以应用于单个空间飞行机器人的控制中。对单个喷嘴的脉冲调制进行了理论分析,分别给出了在标准情况下、带有最小脉冲宽度限制情况下以及带有脉冲宽度饱和问题情况下的脉冲调制方法。实验结果表明:建立的喷嘴布置方式和设计的脉冲调制方法是有效的;结合差动模式的喷嘴控制效果要比传统的喷嘴控制效果更好。基于空间飞行机器人的数学理论模型,研究了空间飞行机器人轨迹规划的算法,提出了一种基于模糊规则与虚拟目标点的多窗口动态窗口法。首先分析了传统的轨迹规划算法,即基于变分法的轨迹规划以及基于样条曲线算法数值方式的轨迹规划。分析结果表明虽然此类方法能够在已知的静态环境中规划空间飞行机器人的运动轨迹,但对于动态环境的处理能力较差。考虑到空间飞行机器人还会受到运动和工作环境的限制,本文引入了动态窗口法,建立了双动态窗口和虚拟目标以解决规划算法因速度小或U型障碍物而导致的最小值问题。利用模糊规则调节评价函数的各项参数比重以提高机器人对动态环境的适应能力。仿真结果表明:该算法能够应用到多个空间机器人的协同工作中,能有效地避免最小值问题,能有效地避开动态障碍物。为了保证空间飞行机器人能够精确跟踪自主规划的轨迹,研究了空间飞行机器人的运动控制技术。在研究这类技术的过程中,不可避免的会遇到非线性、参数时变性和耦合性等问题。因此,本文研究了滑模控制算法,提出了一种带有边界层的双闭环滑模控制算法。利用模糊规则减弱靠近滑模面时的控制增益大小,以平滑控制信号。分别设计了分数阶和动态边界层以解决滑模控制算法中的高频抖振问题。仿真和实验结果表明:该控制算法比其他相同类型算法的抖振更小;比传统的PID控制算法控制效果更好。为了验证以上算法的有效性和可靠性,本文设计了一种基于冷气推进并能够自由漂浮的飞行机器人模拟器。该模拟器具有能够装载多种工具、承载能力大及续航时间长的优点。设计该模拟器的结构时,采用了模块化设计思路,将不同的功能区划分为不同的模块以实现整体结构的单元组装。为了达到整个模拟装置的承载要求,设计了一种能够自平面的气浮轴承装置,使得整个装置的承载能力达到800Kg。重点研究了模拟器推进系统的性能,结合喷嘴推力实验和承载能力实验,确定地面实验系统的额定气压为0.4MPa,整体运行时间可以达到30min。其次,重点研究了地面模拟器的定位算法,提出了一种基于激光雷达和陀螺仪的定位算法。相对于其他定位方法,该算法简单、经济且适用性强。实验结果表明:所研制的地面模拟器系统能够很好地达到实验要求;所提出的二维定位算法是可行和可靠的。