太空具有微重力、高真空、强辐射等特点,其恶劣环境使人在太空中的活动风险极高,空间机器人是开展天体深空探测的主要手段。空间机器人所面临的复杂的太空环境通常是部分或完全未知的,采用全自主的机器人目前并不现实,在这种情况下必须依靠地面的操作人员参与并给出控制指令,通过临场感手段(视觉、力觉和触觉等)将人纳入到控制回路才能保证任务的顺利完成。空间机器人地面遥操作系统是现阶段的主流技术方式,有着巨大的研究意义和应用价值。本文从解决空间机器人地面遥操作中的关键问题出发,在系统结构设计、主从运动匹配、虚拟预测环境与力觉/视觉辅助、肌电信号控制及多事件控制结构等方面展开研究工作。从空间机器人地面遥操作的实际任务出发,参照空间机器人的结构与工作模式,设计并构建了空间机器人地面遥操作系统,并对其进行建模分析。完成该系统的总体设计以及主机械臂子系统、虚拟环境子系统、人机交互子系统、地面运行管理子系统等功能模块的功能设计,并可以利用时延仿真子系统进行大时延条件下的典型空间机械臂遥操作作业任务和功能验证。针对遥操作系统中主从异构机械手的空间映射问题,对自行设计的七自由度力反馈手控器进行运动学分析,为从该人机交互设备解算出操作者的位置指令并生成准确的力反馈信息提供了基础。接着对从端使用的雄克七自由度冗余机械臂进行运动学分析,解决了该冗余机械臂的运动学正逆解问题,并采用旋量抑制的方法对该机械臂进行奇异性分析。最后讨论了主从异构遥操作系统运动匹配的方法。针对空间遥操作系统中的大时延问题,鉴于视觉和力觉作为操作者感知作业环境现场的最主要的信息提示方式和手段,建立了基于三维环境建模与修正的视觉/力觉辅助的遥操作系统。使用KINECT相机采集三维点云信息并重建3D场景,采用窗口自适应的滑动最小二乘法在线辨识未知环境中的模型动力学参数并实时更新。此外,利用人工势场的控制方法,提供相应的引力或斥力,提高了操作者控制远端机器人避障及接近目标效率。使用肌电信号作为空间机器人地面遥操作中的控制信号来源之一,通过采集肌电信号并进行特征提取用于控制空间遥操作系统中机械手爪的夹持装置。基于非时间参考的事件s,将时延信息排除在系统以外,解决了遥操作系统中时延对稳定性的影响,增加事件发生器及事件选择器,并利用无源二端口理论证明了该系统结构的无源稳定性。