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海洋是地球生命的起源地,生物多样,矿藏资源丰富,是地球生命赖以生存的环境,如何更好利用和保护海洋资源是人类面临重要问题。由于海洋对人类是一种极限的环境,人类通过海洋装备和仪器对海洋进行探测和开发,其中水下机械臂是非常重要的工具,能够根据操作者的指令代替人进行水下极端环境作业,因此进行水下机械臂的研究具有重要的科学价值和实际工程意义。首先结合任务需求,开展六自由度水下机械臂的系统结构设计,选定机械臂材料,采用防腐蚀性强的铝合金（6061）,并做阳极氧化处理,采用O型密封圈和具有高性能密封特性的泛塞封的水下密封方式,详细开展了水下机械臂六个关节及手爪结构设计工作,确定每个关节的结构参数,在此基础上,计算每个关节的所需的驱动力矩和功率,进而确定各个关节的电机功率、驱动力矩和减速器的型号。其次根据水下机械臂机械机构参数,对运动学中位置姿态和坐标变换的方法进行介绍,采用D-H方法对该机械臂进行系统整体运动学建模,通过各连杆间的变换矩阵对水下机械臂的正运动学方程进行了推导,得到了相对于参考坐标系的机械臂末端的位姿矩阵。详细对水下机械臂进行正运动学和逆运动学进行分析,推导出水下机械臂的正逆运动学解析表达式。再次利用拉格朗日法推导水下机械臂动力学模型,通过微分变换分别对其方程的惯量项Dij、向心力项Cijj和哥氏力项Cijk、重力项iG进行了简化,有利于控制计算。通过机械臂单个连杆所受水动力的分析,利用Fluent仿真软件和Morison公式建立水下机械臂的水动力学方程,从而得到水动力对机械臂的影响,为水下机械臂控制打下基础。然后,开展水下机械臂的控制系统设计。设计了基于DSP芯片TMS320F2812的机械臂控制系统。利用DSP芯片发送PWM波,输送到IR2136S驱动模块,产生三相交流电,驱动电机,系统各关节控制系统采用CAN总线控制方式。采用双闭环负反馈,可以检测电机速度和电流,实现稳定控制。设计模糊PI控制器,在保证电机控制精度的同时,确保了控制系统的鲁棒性。最后,搭建水下机械臂试验平台,对水下机械臂进行关节运动控制试验,验证水下机械臂结构设计和控制系统设计的合理性和有效性。