随着陆地不可再生资源的不断减少，海洋资源的开发和利用越来越受到人类的重视，含有作业机械手的水下机器人-机械手系统(UnderwaterVehicle-Manipulator System，简称为UVMS)将成为人类开发和利用海洋资源过程中的重要工具，也是目前唯一能在深海作业的高技术装备。UVMS属于高度冗余、模型非线性的多自由度机械系统，在给定的水下作业任务下，研究其作业过程的运动规划及控制技术，对提高其控制性能、可靠性和智能化水平，加快其实用化进程具有重要的研究意义和实用价值。为了开展UVMS运动规划与控制技术的研究工作，本文研制了水下电动机械手的本体结构，与小型AUV本体集成构成UVMS实验装置；建立了UVMS运动学与动力学模型和仿真实验平台；研究了UVMS运动控制策略和运动规划技术。根据课题要求,研制了适合大深度作业的小型水下电动机械手本体结构，与小型AUV本体集成构成UVMS实验装置。根据设计指标，进行了机械手总体方案的设计。为了便于功能的扩展和缩短机械手的研制周期，完成了机械手摆动关节的模块化设计，并进行由模块化摆动关节组合成多自由度机械臂的组装实验。根据机械手的操作对象，进行了具有缆绳剪切功能末端执行器的设计。建立UVMS运动学与动力学模型和仿真实验平台。在UVMS建模方面，建立了系统的正向运动模型，并根据建立的运动学模型推导了系统的雅可比矩阵和运动学逆解。为了解决运动坐标系下速度不可积的问题，引入Quasi-Lagrange方程建立了系统在静水和海流环境下的动力学模型。为了研究UVMS运动规划与控制方法，建立了UVMS仿真实验平台，并给出了用于仿真的UVMS、直流电机和螺旋桨数学模型。研究UVMS运动控制策略。为了对UVMS进行运动控制，设计了基于速度PI和位置PD的双闭环PID运动控制器，以缩短速度响应的时间，同时抑制或减小位置超调量。针对PD控制方法对水下机器人进行位置控制时稳态响应时间过长的问题，提出一种基于三次根号函数平滑切换的滑模模糊位置控制方法。在静水和海流作用下，采用以上控制方法对UVMS进行运动控制仿真实验，对比分析了不同控制方法的控制性能。研究UVMS运动规划技术。为了避免UVMS作业时机械手与水下机器人相碰以及关节运动超出极限范围，对UVMS进行了关节限位运动规划。针对传统关节限位算法中关节由中间值向其两个极限位置运动时运动一直受限的问题，通过对关节势函数和惩罚调节因子进行重新定义，提出一种改进的加权最小范数关节限位运动规划方法。在静水环境下对改进的运动规划方法进行了仿真实验。为了研究关节势函数阈值取值对UVMS各自由度运动的影响，进行了五种不同阈值取值情况下的UVMS仿真实验。为了充分利用UVMS冗余自由度完成更多的二次任务，采用任务优先级法对UVMS进行了多任务融合运动规划方法的研究，并采用模糊逻辑来确定多个二次任务的优先级。在静水环境下对多任务融合运动规划方法进行了仿真实验。