空间机器人代替宇航员的太空探索活动一直以来是国内外专家学者研究的热点,人类参与的半自主空间机器人遥操作人机交互技术仍是当前空间探测领域的主要手段,但是,空间机器人与操作者之间的信号传输存在着较大的时延,极大地影响了遥操作任务。本文以空间机器人遥操作为背景,旨在削弱空间时延对遥操作的影响,对空间机器人虚拟环境建模相关技术展开深入研究。针对空间机器人的作业需求和遥操作机器人的研究现状,设计并搭建了基于多感知信息的空间机器人地面遥操作验证系统。首先对主从机器人进行运动学分析,实现主从机器人的正逆解,并建立了基于Schunk机械臂和七自由度力反馈手控器的运动学模型。通过空间机器人虚拟环境预测上位机软件的设计,为空间遥操作机器人系统各个模块的性能研制及实验验证提供理论依据与实验平台。然后针对空间机器人的预定义环境和非结构化环境分别展开虚拟环境的几何学建模,并提出相应的几何学修正方法进行实验研究。对于预定义环境下的虚拟机械臂几何学建模通过Open GL语言导入OBJ文件的方法实现预定义环境的几何学建模,并提出了一种虚拟机器人与虚拟对象碰撞检测的DAASD算法,通过基于ARMA预测模型修正算法完成了修正。对于非结构化环境的虚拟环境建模提出了一种基于RGB-D实时点云进行建模的方法,并采用RANSAC算法提取目标物体的几何特征,通过Barrett灵巧手触觉传感器采集的点云信息进行校准完成虚拟环境的几何学建模。围绕空间机器人虚拟机械臂的动力学建模进行研究,提出了一种适合Schunk机械臂与不同接触环境的非线性动力学模型CSCM模型,对该模型提出了合适的参数辨识方法进行模型参数估计,针对CSCM模型的非线性项作线性化处理,而对于动力学模型的线性项提出了一种基于自适应遗忘算子的最小二乘辨识算法,将每一步辨识出的动力学参数反馈给检测修正模块和主端虚拟环境。此外,对于动力学参数的修正,提出了一种基于最小可觉差的修正算法,通过保证虚拟力偏差在最小可觉差以内,确保虚拟力反馈建模的真实感。针对虚拟环境系统的稳定性研究,充分考虑环境和阻尼的关系,设计稳定性实验并验证了系统稳定性。最后针对人在回路的遥操作系统中不可避免的人为随机输入等给系统操作带来的消极影响,提出了一种基于RGB-D点云数据构建虚拟环境,通过视觉点云数据构建排斥力和吸引力势场模型实时地生成引导型虚拟夹具,针对机械臂禁止作业区域构建禁止型虚拟夹具,对操作者的行为规范作出约束保证系统安全,通过虚拟约束力建模极大地提高了操作者移动机械臂执行任务的效率,通过实验验证了有效性。最后设计并展开系统综合实验,验证虚拟环境的几何学建模和动力学建模的准确性,通过在不同时延条件下虚拟环境中操作者执行遥操作任务时的力反馈效果来验证系统的整体性和可靠性。