随着资源逐渐匮乏以及人类对海洋探索的不断深入,与海洋开发相关的技术和设备有了一定的进步,各种水下航行器由此产生并得到发展。水下航行器的续航能力是体现其工作性能的一个关键指标,因而续航能力迫切需要得到提高。传统意义上,通过将航行器回收到陆地进行能源补充的方式不仅打断其工作连续性,而且过程复杂且耗时。水下对接技术的出现使对接系统与航行器能在水下进行能源补充和信息传输,提高其续航能力。因而,开发水下对接系统、探讨水下对接技术具有极其重要的意义。本文基于安装有对接杆的对接目标物设计并试制了一套水下对接系统样机,确定了对接系统原理样机的整体方案,阐述了系统样机的对接方法和对接过程,对系统的机械结构进行了分析与设计,介绍了各运动部位的执行器,给出了对应的运动参数。对于设计的对接系统样机,为保证对接成功,利用D-H法对对接的两个过程即初始对接和精确对接进行了运动学分析。机械手的位置运动学分析为初始对接的成功提供了理论依据,即只有对接目标物上对接杆运动到手爪夹持基点的工作空间内才能成功完成初始对接。对初始对接成功后的精确对接过程进行了运动学分析,为保证精确对接成功对对接目标物的初始对接姿态提出了要求,通过联合利用图解法和数值法求出了对接目标物的极限纵倾角。为了减小对接目标物的极限纵倾角,提高对接成功的几率,提出了改进的方法,通过改进原理样机或者对接目标物的设计可以减小极限纵倾角,使精确对接过程更容易成功。为水下对接系统设计了对应的控制系统,分析了控制系统工作原理,制定了控制系统的总体规划方案,介绍了控制系统的主要构成部分:对接操作杆、工控机以及PLC,给出了对接系统的控制过程和方法。实现了控制系统主要组成部分间的通信,利用串口通信实现了对接操作杆与工控机以及工控机与PLC之间的通信。详细的介绍了自由口模式通信的原理、实现方法和通信指令。对控制系统进行了软件设计,在上位机的Windows环境中,利用Visual C++基于MFC开发了水下对接系统控制界面,为操作人员提供了人机交互接口,实现了与对接操作杆和PLC的串口通信和数据处理;在PLC中编写了自由口模式通信程序,实现了与上位机的自由口通信,同时对上位机的命令数据进行处理,从而使相应的执行器进行输出。对设计的原理样机和控制系统进行了初步调试,对接操作杆和工控机以及工控机和PLC之间通信良好,数据交换稳定,控制器输出准确,通过对接操作杆能方便的控制执行器的运动。