仿生机器鱼是一种新型高效、高机动性的水下作业运载工具。目前,搭载机械手的载体大多为潜艇,而对载体为仿生机器鱼研究较少。潜艇通常用于海上打捞探索,作业效率低,机动性差,作业时间受限等,因此对载体为仿生机器鱼的相关研究有待进一步深入。为此,本课题以浅水作业机械手-仿生机器鱼机构(Manipulator-Bionic Robotic Fish Mechanism,MBRFM)为研究对象,探究机械手-仿生机器鱼系统(Manipulator-Bionic Robot Fish System,MBRFS)在水环境下不同姿态作业的平衡特性这一问题。对于载体处于自由浮动状态的MBRFS,具体研究内容如下:1)借助三维软件对仿生机器鱼的本体、四自由度的机械手、连接机构、浮潜机构、姿态平衡机构等进行结构设计和装配。通过MBRFM空间六自由度运动方式和坐标系之间的转换推导出MBRFS的位姿矩阵运动方程。基于载体坐标系的建立、空间运动的特点和两坐标系之间转换关系的基础上,分析得到MBRFS在运动过程中的外力以及各种外力矩。2)利用多项式插值法对MBRFS进行关节空间轨迹规划,避免奇异位形和关节极限转角的出现。搭建系统虚拟样机模型,推导出MBRFS在下沉、悬浮、上升的作业现场。通过对其抓取机构进行运动学分析,推理出其作业空间。3)通过对MBRFS虚拟模型进行下沉、抓取和放置悬浮、上升等作业姿态阶段做运动学仿真。仿真得出载体及抓取机构各关节输出角位移、角速度、角加速度等曲线,可实时地分析系统在不同姿态作业下各关节变量的变化并得出载体角位移量和机械臂关节伸缩量是影响系统姿态平衡因素。4)基于水环境下动力学理论,利用CFD流体计算法对MBRFS模型进行流场仿真。研究MBRFS在下沉和上升姿态阶段时,水环境下阻力对系统某一瞬间姿态平衡的影响。仿真得到的速度、湍流动能云图说明载体在流体中运动的前面压强比较大,速度趋于减小。同时,得到MBRFS在下沉及上升姿态阶段中Y,Z等方向上的阻力及阻力系数值大小不同,且Y方向受阻力较大。因此,流体中的阻力对水下作业的系统的姿态平衡有一定的影响。本课题对MBRFS动力学理论分析,解决了MBRFM机构总体设计中参数确定的难题;通过对机构姿态轨迹规划,提高了MBRFS的设计精度。通过对其不同姿态下作业产生水阻力进行分析,得出了水环境下阻力对MBRFS姿态平衡有一定的影响,以上研究将为MBRFS的开发与应用提供参考依据。