大时延遥操作技术是空间机器人领域的一项关键技术。大时延遥操作的一个核心问题是如何在大时延和有限带宽的条件下，保证遥操作的平稳性，同时提高遥操作的透明性。为了解决这一问题，本文的基本思想是利用机器人的局部自主能力，把时间延迟排除在底层控制回路之外，保证遥操作的平稳性；同时，利用基于虚拟现实的人机接口技术提高遥操作的透明性。碰撞检测技术是虚拟现实应用中的一项关键技术，对于复杂虚拟环境，碰撞检测往往成为系统的计算瓶颈。本文针对遥科学实验应用，对多体快速碰撞检测技术进行了研究。本文的主要研究内容分为三个部分：大时延遥操作系统框架研究、遥编程技术研究，以及快速碰撞检测技术研究。 为了建立灵活的人机协调机制，本文基于监控思想，提出了一个基于Petri网的大时延遥操作系统框架。该框架涵盖了任务建模、任务协调，以及任务监控等几个方面；本文研究了基于Petri网的的任务建模方法。针对自由运动，提出了一个基于路径关键点提取的动作级任务建模方法；针对复杂任务，提出了一个根据子任务的Petri网系统模型，通过变迁细化方法建立任务的分层Petri网模型的方法；本文提出了一个基于Petri网的任务协调方法，该方法根据任务空间的谓词/变迁网描述，通过状态识别和动作识别，实现了从操作员的连续动作到任务的动作序列的转化。 本文对遥编程所涉及的一些关键技术，包括：虚拟预测仿真、程序自动生成，以及误差校正，进行了研究。本文实现了一个遥编程系统，并基于遥编程建立了一个大时延遥操作试验系统。进行了典型的大时延遥操作仿真试验，成功完成了高精度遥操作任务。 本文研究了基于空间分割的快速碰撞检测方法，其中包括：基于均匀空间分割的快速碰撞检测和基于非均匀空间分割的快速碰撞检测。提出了一种基于均匀空间分割的快速碰撞检测算法USSCD，与经典的ICOLLIDE算法进行了对比试验，试验结果表明，在物体均匀分布的情况下，随物体数量的增多，USSCD表现出明显的优势；提出了一类非均匀空间分割方法，在该方法中，空间分割由基于密度的非均匀空间分割和对每个子空间进行均匀分割两个步骤实现；提出了一种基于投影的非均匀空间分割方法。在该方法中，通过物体的轴向投影直方图表征空间分布密度，通过区域生长实现空间分割；提出了一种基于聚类的自适应空间分割方法。该方法由两个部分构成，首先，通过一个基于局部密度的聚类算法对物体进行聚类；然后，根据聚类结果，通过简化分割方法实现空间分割。