目前,核电事故大多数发生在一回路蒸汽发生器、乏燃料池及反应堆冷却池等核电水下高辐射极端环境。核电站泄漏事故的应急维修作业难度大、危险性高,是国际公认的技术难题。为了降低工作人员受伤的风险,本文研制了主从式水下作业机械手,该机械手主要用于核电站一回路蒸汽发生器和乏燃料池、反应堆冷却池等位置的检测与应急维修作业。本文通过对主从式水下作业机械手的研究,提出了双位置信号合成的电机与减速器一体化高精度机器人关节结构。机械手整体结构采用模块化设计,该设计方案具有结构紧凑、布局合理的优点,可以解决关节组装、拆卸以及故障快速维修的难题;本文通过求解机械手的运动学方程得到从手末端位姿;通过搭建MATLAB/Simulink模型对运动学进行仿真与分析,验证了运动学求解是正确的。针对从机械手路径规划的需求,本文研究了主从异构型机械手的空间映射关系。利用MATLAB Robot工具箱分别对主机械手与从机械手的作业空间进行仿真,对所研制的机械手进行笛卡尔空间路径规划。在传统的直线与圆弧插值方法中结合贝塞尔方程对从机械手轨迹进行优化,使用MATLAB对该方法进行仿真分析,证明该方法可以解决轨迹过渡问题,使机械手运动轨迹更平滑。为了使操作者更高效准确的完成工作任务,本文基于力临场感技术完成了主从机械手力/位混合控制研究。操作者通过操作主机械手,将运动信息传递给从机械手,从机械手根据受力情况反馈给主机械手;水下作业机械手在水中运动不仅仅在结构上考虑密封问题,同时需要考虑水阻问题,因此建立了从机械手的水动力学模型,采用蒙特卡洛法对模型进行仿真,确定了水阻力对机械手的影响;针对此模型,进行主从力/位置混合控制方法研究,设计了力/位混合控制器,并对机械手主从力/位置混合控制进行了仿真研究,通过力传感器实际接触所得到的值与期望值进行比较,得到了力反馈误差的范围为(-5%,15%)。该方法能够有效的控制机械手操作,同时让操作者感受到从机械手作业过程中的接触力变化。本文开展了主从异构型水下作业机械手实验研究,搭建了实验平台,对整套机械手进行了打压实验、负载实验与精度实验,验证了从机械手设计的合理性。针对轨迹规划的需求,开展了主从末端轨迹映射实验,使从机械手能够按照要求完成对主机械手的路径跟踪。验证主从异构型作业机械手轨迹规划的准确性。基于力临场感控制技术,完成了主从机械手力/位混合控制实验,说明提出的主从机械手力/位混合控制方法是可行的。