水下机械手以水下机器人(Remotely Operated Vehicle,简称ROV)为载体,能够在水中进行作业。本文在借鉴国外机械手的基础上,设计出一种五功能水下液压机械手。通过理论分析和数值模拟仿真等方法,对该机械手的运动学、工作空间、动力学和水动力学等进行了分析和研究。首先,根据水下机械手的设计指标,确定了总体设计方案,完成了机械手本体结构原理设计。分别对机械手手爪和关节驱动液压缸的关键尺寸参数进行多组数据对比,并确定了合理的尺寸。对机械手腕部进行了密封设计。运用Solidworks Simulation软件,对机械手的关键零件进行了有限元分析。其次,以设计出的五功能水下机械手为研究对象。运用D-H法建立了连杆坐标系,建立了机械手运动学正解的数学模型。根据运动学正解的数学模型,推导出运动学逆解的相关方程。同时,运用Robotics Toolbox工具箱对五功能水下机械手运动学进行了仿真,验证运动学建模的准确性。然后,在机械手运动学基础上,分析了其工作空间。根据机械手各个关节的活动范围,分别运用解析法、Monte Carlo法和仿真法研究了机械手的水平和俯仰工作空间。三种方法对比发现,仿真法最佳,且得出的结论更加完整、快速和准确。最后,运用Newton-Euler方程,建立了机械手在空气环境中的动力学递推模型,得到了关节力矩的递推方程。考虑到机械手的工作环境为深海中,主要考虑浮力、水阻力和附加质量力对机械手关节力矩的影响,运用Morison方程,对机械手建立了水动力模型。为了研究机械手在空气中和水中的动力学特性,运用抛物线过渡的线性插值的方法对机械手各个关节进行了轨迹规划,在此基础上采用数值模拟和定量分析的方法,在一定条件下,研究了浮力、水阻力、定常流对水下机械手动力学的影响。