海洋中蕴含着丰富的矿物资源和生物资源,是资源开发和科学考察的重要场所之一。深海机械臂是深海作业必备装备,广泛应用于资源开采、海洋科学研究及军事应用等各种海底作业任务中。随着我国对海洋资源开发及海洋科学研究领域的不断扩大和深入,深海机械臂的自主研发显得愈发重要。在机械臂的设计中,运动学分析是基础且重要的一环,并为后续的轨迹规划、动力学分析及机械臂控制提供支撑。由于机械臂构型限制（需满足Pieper准则）及制造误差、机械振动与摩擦等因素的影响（机械臂运动学模型与理论模型存在偏差）,传统方法不适用于任意构型机械臂求逆解问题。差分进化算法是进化算法中极具代表性且性能最优的算法之一,具有操作简单、鲁棒性高、全局收敛能力强等优点,适用于求解工程领域的最优化问题,越来越多的学者提出将各种启发式算法用于机械臂逆运动学问题的求解中,为寻找运动学逆解的普适方法提供了新的思路。本文在对比了几种进化算法后,选择了差分进化算法作为求解机械臂逆运动学的基础算法。本文以自主设计的深海七功能机械臂为研究对象,针对机械臂逆运动学求解问题,分别采用了传统方法与进化算法进行求解。本文首先对自主设计的深海七功能机械臂进行运动学分析,然后对传统差分进化算法进行改进并用于机械臂的逆运动学问题的求解中,最后提出一种带精英策略的非支配排序多目标差分进化算法INSDE并用于机械臂逆运动学问题的求解,实现一次运行同时获取机械臂的多组逆解,为机械臂轨迹规划、运动控制等环节提供更多的选择。本文主要研究内容及创新点如下:1.针对课题任务设计了机械臂的机械结构并进行运动学分析、速度分析与轨迹规划。首先设计了深海机械臂的机械结构、确定机械臂系统主要参数。然后采用代数法和数值法进行机械臂逆运动学分析,在此基础上对机械臂进行速度分析,为后续液压驱动元件选型提供参考依据。最后通过轨迹规划验证了机械臂逆解的准确性,实验结果显示关节角度、角速度与角加速度变化平缓连续,机械臂运动平稳。2.提出一种基于改进的自适应变异差分进化算法的串联机械臂逆解方法。针对智能算法求机械臂逆解中存在的位姿误差不均衡问题,本文在姿态权重系数中引入当前迭代次数下的位置误差并通过分段处理来实现位姿误差始终处在同一数量级,提高了算法求解的稳定性,可以较好的适应不同杆长的机械臂。基于经典差分进化算法,通过提出自适应变异算子（AMO）以及误差相关的自适应缩放因子（AF）,更好的平衡差分进化算法的探索能力及开发能力,可使算法在求解机械臂逆运动学问题时快速向最优解靠拢,避免了算法的早熟收敛,具有较好的全局寻优能力。实验表明,所提出的逆解方法同时适用于六自由度和七自由度串联机械臂,具有逆解精度高、稳定性好等优点。此外,通过缩小搜索空间,对可行域内的随机点进行逆解,算法的稳定性和准确度得到进一步提升,为串联机械臂的通用逆解方法提供了新的研究思路。3.提出一种带精英策略的非支配排序多目标差分进化算法INSDE。INSDE算法首先采用了自适应调整的控制参数以更好的均衡算法的探索能力与开发能力;然后将典型拥挤距离计算方式更新为Harmonic平均距离计算方法,以提高种群分布性及解集分布的均匀性;最后在精英选择阶段采用了更加合理的循环拥挤排序策略对种群进行修剪,以提高解集多样性。采用性能指标反向世代距离（IGD）和空间多样性指标（Spacing）,在两目标和三目标测试函数上对比了 NSGAⅡ、SPEA2、MOEAD及INSDE四种算法,仿真分析验证了 INSDE算法的有效性。最后采用带并行波纹通信策略的INSDE算法,用于机械臂逆运动学问题求解中,仿真结果显示算法一次运行同时获得了深海机械臂的多组逆解。