随着海洋资源勘探需求的不断增加,人们对水下机器人在复杂海洋环境下机动性能的要求也越来越高,如何有效提高其机动性能成为研究的一个热点问题。矢量推进技术不仅可以有效的提高水下机器人机动性能,而且通过矢量推进器可以完成多推进器的推进任务,对于提高其续航也有重要意义。本文基于并联机构设计了一款少自由度并联式矢量推进器,能够提高水下机器人在复杂海洋浅水水域中的机动性能,针对其运动学、动力学以及刚柔混合系统动力学进行了仿真等研究工作,具体完成工作及结论如下:本文首先对水下机器人的运动需求进行分析提出了矢量推进器的设计需求,设计了矢量推进机构,利用螺旋理论对其进行了自由度的分析,建立了少自由度并联式矢量推进器的三维模型。基于支链逆解的理论分析,得到杆长、转角的变化关系,通过Matlab进行俯仰、偏摆位姿求解得到支链行程及关节转角的变化曲线;对支链速度、角速度和加速度进行分析并建立相关雅可比矩阵,为动力学分析做铺垫。基于Adams对矢量推进器进行了自由度验证,并进行了全回转和期望俯仰±30°、偏摆±30°位姿下的运动仿真,得到相关运动学特性曲线,同时也验证了杆长及转角逆解理论分析的正确性。利用Matlab对Adams逆解仿真得到的数据进行正向运动学分析,得到动平台角度变化曲线,验证了逆解仿真的正确性,还对其进行了工作空间的求解,仿真数据的得出为后续样机的运动控制提供了必要的数据支持。然后利用虚功原理建立了矢量推进器的动力学方程,对矢量推进器的工况载荷进行了分析,为动力学仿真提供了准确的载荷信息。通过Adams进行了俯仰、偏摆位姿下的动力学仿真,得到支链、关节处的受力、扭矩及驱动消耗功率的变化规律,分析得到限制动力学特性的主要因素。最后对支链杆进行柔性化处理,建立了刚柔混合系统模型,得到支链杆的模态及频率变化。利用Adams对刚柔混合系统下的动力学特性进行仿真,与刚体系统下的结果对比,发现由于柔性体的存在杆件动力学特性存在一定差异,处于柔性体的状态更加接近真实的动力学变化规律,其分析结果也就更加适用于水下机器人矢量推进器的研究。搭建了矢量推进机构样机,基于运动学仿真数据进行了控制实验,动平台实际运动与期望运动相符。本文中的动力学控制及仿真结果表明,该少自由度并联式矢量推进器可以满足全回转矢量推进,并具有较好的运动学及动力学性能,可以提高水下机器人在海洋浅水水域复杂荷载情况下的机动性能。