海洋面积占到了地球总面积的三分之二,蕴含着大量的稀土资源、油气资源和矿产资源等,随着人类对海洋探索和开发活动的日益增加,各种水下机器人被广泛地用于海洋工程作业。其中,自主式水下作业机器人具有独特的作业功能,成为当前作业型水下机器人的重要发展方向,本文针对其机械臂水下作业面临的水动力问题,开展了流线型水下作业机器人操纵性能分析与运动仿真研究,具体如下。首先,论文结合水槽试验和数值模拟方法,研究了搭载在流线型AUV上的机械臂水动力与关节转动角速度、角加速度的关系。本文对循环水槽中侧壁和固定装置对水下机器人水动力系数预报的影响进行了研究。数值模拟结果将和水槽试验的结果进行对比以验证数值模拟的准确性。为了研究侧壁对全尺度AUV水槽试验中水动力系数预报影响,本文使用了无量纲宽度参数来量化循环水槽宽度与所选模型水动力系数之间的关系。结果表明,随着循环水槽宽度参数的增大,水动力系数随之收敛到一个定常值。另外,侧壁比固定装置对试验结果的影响更大。这一研究对于减小侧壁和固定装置对试验结果的影响提供了参考建议。其次,论文通过试验和数值模拟方法对水下机械臂的扰动影响进行了研究。结果显示,机械臂的水动力与其相对流体的速度和加速度密切相关。为限制机械臂的扰动影响,一种简单的方法是尽可能减小悬停机器人所搭载的机械臂各关节的运动速度和加速度,保持机械臂相对流体有很小的速度和加速度。这样虽然会降低作业效率,但可以达到较好的控制效果。最后,论文通过势流理论的Hess-Smith方法和循环水槽拘束模型试验对加速度系数、速度系数、角速度系数和耦合系数进行了求解,完成了水下机器人的建模,获取了动力学方程中的惯量矩阵、离心力和哥氏力矩阵、重力矩阵。机械臂的建模使用了拉格朗日动力学建模方法,通过符号变量计算方法对4-DOF机械臂的动力学模型进行了计算,使用了经验公式对机械臂的水动力进行建模。之后,通过虚拟向导方法,在MATLAB平台上进行了流线型水下机器人艇体的三维曲线轨迹跟踪运动仿真。结果显示,机器人能够对已知轨迹进行准确跟踪。