空间机器人是机器人领域的重要研究方向之一。空间手爪是空间机器人为了完成任务所必须的末端执行器。空间环境如失重、漂浮、高低温、高真空、高能粒子辐射等,对空间手爪的结构设计、感知系统设计、驱动控制系统设计以及动力学运动学研究、视觉反馈、地面仿真实验系统设计等都提出了更严格的要求。本文结合国家“863”专项课题,针对空间合作目标捕获要求,研究了HIT/DLR空间机器人手爪及合作目标捕获接口,并研究了基于手眼视觉反馈的抓握策略与路径规划。HIT/DLR空间手爪的设计采用模块化的设计思想,即组成手爪的关键零部件采用整个机器人系统通用的电机、轴承、电源、控制和驱动系统等,提高了机器人系统的通用性和可靠性。针对大范围捕获任务,设计了具有快速捕获和调速能力的三指形直驱手指。手爪具有对±40mm(三轴)和±30o(X轴)、±90o(Y轴)、±45o(Z轴)大范围位姿偏差捕获接口的捕获能力,具有很高的功能可靠性。创新设计的自锁机构,给手爪提供了足够的反向制动扭矩。捕获接口与手爪配合设计,V形槽和双手指斜楔结构的采用,配合带圆头的削边捕获手柄,使手爪具备了较高的定位精度。为了提高手爪的自主性,手爪里引入了丰富的传感器系统。手眼像机是机器人系统里最重要的传感器之一,本文研究了视觉测量原理以及基于测量原理的视觉结构参数优化,充分利用手眼相机的视场范围。在抓握过程中,空间机器人和微型目标器之间存在残余速度,加之视觉、通讯和处理的时延,空间手爪和微型目标器把手之间会存在一个较大的误差,通过研究抓握过程,推导了手爪闭合时间、闭合速度和误差范围的关系,进而找到减小误差增大捕获成功率、提高精度的办法。并且在此基础上对手爪结构进行优化,为将来的手爪研究和空间机器人控制提供了可以参考的方法。在全局视觉和手眼视觉引导下,飞行机器人带动手爪完成对微型目标器的实时自主无碰撞接近,跟踪以及进入。结合地面模拟试验,分析了捕获接口初始位姿等几种因素对抓握效果的影响。