水下作业工具库快速换接工具装置是实现水下机器人在水下完成换接作业工具任务的重要装置。我国的相关研究虽然已经有一定成果,但是与国外相比还具有较大差距。本文对快速换接工具装置进行设计,对其中的关键技术进行研究,并进行了实验验证。这对提高我国水下作业系统的作业范围有重要的实用价值。首先介绍了快速换接工具装置的国内外相关发展现状。根据快速换接工具装置的作业环境,分析了快速换接工具装置的系统组成。研究了快速换接工具装置中对接纠偏装置、锁紧传动装置和油路对接装置的结构方案。介绍了快速换接工具装置的作业过程。分析了快速换接工具装置的对接容差能力。利用坐标变换法得到了对接投影方程,分析了快速换接工具装置对接成功所需要满足的几何条件和力学条件,得到了理论位姿容差范围。对快速换接工具装置的对接过程进行仿真,分析快速换接工具装置能否在极限位姿偏差下对接成功,分析相对速度和摩擦系数对对接过程中接触力大小的影响。分析橡胶材料中应力应变与橡胶材料模型参数的关系,对丁晴橡胶材料进行单轴拉伸实验,通过ANSYS和Matlab对数据进行拟合得到橡胶材料的模型参数。对油路对接装置中的多边形密封圈和O型密封圈进行仿真研究。得到多边形密封圈尺寸参数中高度、角度、圆角以及弹簧力对多边形密封圈密封性能的影响,得到预压缩率和液体压力对O型密封圈密封性能的影响。对锁紧传动装置中的关键性能参数进行计算、校核和有限元分析。搭建了陆上实验平台,对快速换接工具装置进行了对接实验、锁紧实验以及液压实验,验证了本文设计的快速换接工具装置的合理性。本文通过对水下作业工具库快速换接工具装置的关键技术进行了结构设计、理论推导、仿真分析和实验验证。为快速换接工具装置工程样机的下一步水下试验提供了一定的参考。