随着陆地资源逐渐枯竭,越来越多的人将目光投向亟待发掘的海洋资源。现有海洋资源的发掘,大多采用人工方式,耗时耗力,稍有失慎就会发生安全事故,造成人员伤亡。因此可搭载于各类水下平台代替人工完成海洋任务的水下机械臂逐渐得到人们的广泛关注,应用水下机械臂代替人工也是未来海洋开发任务的主流发展趋势。本文针对水下机械臂建模及其运动控制等问题展开了相关研究。本文的主要研究内容和创新性成果如下:1.综合考虑实际工况水体环境,结合Morison经验公式,采用分解计算方法构建包含静水与定向流环境综合干扰的水下机械臂水动力学模型,获得机械臂各关节的水阻力矩和附加质量力矩等水动力参数。在此基础上开展了数值模拟,为进一步构建水下机械臂的动力学模型奠定基础。2.对水下机械臂的位姿进行了描述,依据D-H参数法搭建了其关节连杆坐标系,推导出正逆运动学方程与雅各比矩阵,同时通过数值模拟对正逆运动学模型的无误性进行检验。结合运动学模型并引入水动力学模型,采用Lagrange方程分析计算得到水下机械臂在静水与定向流环境综合扰动下基于水动力学模型的动力学模型,便于水下机械臂的控制计算。3.基于上述引入水动力后机械臂的动力学模型,首先采用适合于现有动力学模型且算法简单便于实现的计算力矩PD控制方法,进而引入RBF神经网络,对浮力、水阻力和附加质量力分别进行在线逼近,利用鲁棒自适应控制律对时变参数以及非结构非线性且不确定性的影响进行补偿,并将补偿结果加入计算力矩PD控制律中,数值模拟结果证实了该方法精确度高且鲁棒性好。以此为基础,将被视为纯刚体的末端机械臂杆的微变形考虑在内,建立末端微变形机械臂的PDE动力学模型,构造RBF神经网络补偿器,设计相应的边界计算力矩PD控制律,在保证精度的同时有效抑制末端机械臂的变形。4.完成了多自由度水下机械臂的设计与组装,搭建了水下机械臂系统的实验平台,由水密性实验阐明了多自由度水下机械臂优良的密封性。在此基础上,开展了空气、静水与模拟定向流三种不同工况下的实验,通过运动控制实验充分证实了本文关于水下机械臂建模与控制方法设计的合理性。