随着航天技术的发展，未来的在轨服务任务越来越复杂，要求越来越高，传统的单臂空间机器人已不能满足要求，而采用多个机器人又增加了系统的复杂性和成本。因此，自重构多分支机器人将起着越来越重要的作用。然而，由于系统拓扑结构多变，为动力学建模及轨迹规划带来了巨大挑战。基于此，本文开展了自重构多分支空间机器人系统的变拓扑动力学建模、可重构轨迹规划及动力学参数辨识等的研究。自重构多分支空间机器人在轨执行任务的过程中，具有自由飞行多臂、单足-多臂、多足-单臂等多个工作模式，拓扑结构不固定。为分析其动力学特性并为轨迹规划与控制提供依据，建立了其变拓扑动力学模型，并开发了C语言计算程序。利用关联矩阵和通路矩阵描述了不同工作模式的拓扑结构，推导了统一的状态方程，采用Runge-Kutta-Gill积分法进行数值求解。当拓扑结构发生变化时，自动改变相应的关联矩阵和通路矩阵，同时更新状态方程所对应的广义力和状态变量，实现了不同工作模式下动力学模型的自重构。为提高动力学模型的计算效率，开发了基于C语言的动力学求解程序，并与ADAMS软件所建立的动力学模型进行比较，结果表明了所建模型的准确性。为确保多分支机器人结构上的自重构，将顶层任务规划与底层轨迹规划结合起来，提出了多级自重构轨迹规划方法。根据空间任务的特点，将机器人所需要执行的任务分为自身接触与非自身接触两类，对各种工作模式进行相应的动作划分，综合了动作的冗余部分，为底层轨迹规划减少了工作量。底层规划算法设计成多个可配置算法模块的组合，这些模块包括逆运动学模块、关节空间插值模块和正运动学模块。顶层任务规划与底层轨迹规划的结合，实现了多分支机器人规划算法的自重构。由于自身燃料的消耗，或捕获了未知目标，整个空间机器人系统的动力学参数发生了变化，为轨迹规划和控制带来了不利影响。因此系统的参数辨识极其重要。本文提出了基于角动量守恒和PSO优化的方法，实现了无力矩传感器下整个系统动力学参数的辨识。空间机器人抓持目标后，将各关节锁死，使整个系统等效为一单刚体，通过执行姿态及轨道机动，辨识出等效单体参数。再将机械臂的一个关节打开，把目标与空间机器人分别等效为两个刚体。利用动量守恒定律，推导了动力学方程。通过所打开关节运动，结合已辨识出的等效单刚体结果，实现了两等效体质量特性参数的辨识。辨识值与真实值对比表明了所提方法的有效性。为对本文所研究的自重构轨迹规划方法进行仿真验证，开发了基于OSG的一体化仿真系统。该系统由3D几何模型、轨迹规划模块、控制模块及动力学模型组成，利用该系统开展了对空间机器人典型任务的轨迹规划仿真验证。