随着人类对水下世界的探索的深入,对水下无人载具到达人类无法进入的水下区域进行修理、探索、采集等任务的研究已经成为各国海洋研究机构的重点,在此背景下,搭载水下作业臂的水下机器人-操作臂系统(Underwater Vehicle-Manipulator System,UVMS)应运而生,UVMS能够实现末端执行器位置的精确控制,同时体积较小,有运动灵活、能耗低、运行费用小等大型水下潜水器所无法比拟的优点。水下载具-作业臂系统具有强耦合性、强非线性、自由度冗余等特点,这都为系统的运动控制带来了困难。水下作业臂作业时机械臂的运动产生的耦合力/力矩会对机体稳定性造成明显影响,同时,水下作业臂与传统机械臂不同,其基座自身速度与加速度造成的影响会传递到各连杆。本文针对UVMS中水下作业平台与水下作业臂之间的存在的耦合作用,对UVMS水下作业任务过程中的协调控制展开研究。本文首先对水下机器人-操作臂系统进行了运动学模型分析,并建立了水下载具的六自由度运动方程,对机体受力进行分析并对推进器配置方案进行了详细分析。然后用牛顿-欧拉迭代方法对水下机械臂进行动力学分析。对机体的稳定控制是精确完成水下作业任务的基础,针对水下载具的控制问题,本文设计了—种基于推进器空间的PID控制器,当系统推进器配置改变时,仅需要整定部分推进器的PID参数,有利于工程实现。仿真验证了这种基于推进器空间的PID控制器对机体的运动控制有较好的效果。针对系统执行水下作业任务过程中水下作业臂与机体间的耦合作用,本文提出了一种准滑模控制器,使用饱和函数作为滑模控制的切换函数,并通过牛顿-欧拉内向迭代方法计算作业臂对基座(即水下载具)的作用力/力矩,将其补偿到控制器输出中,控制器在保留了滑模控制器鲁棒性的前提下有效抑制了抖振并提高了控制精度。通过进行悬停、静水水下拾取和平流水下拾取的仿真,验证了所述控制方案可以保证系统精确完成预定水下任务,同时对于作业臂干扰、水流等外界干扰有良好的鲁棒性。