随着人类对海洋探索的不断深入,水下机械手,特别是深海机械手得到了越来越多的重视和应用。水下机械手的动力学性能是衡量机械手作业能力的重要指标,机械手的几何结构、加工制造方法、操作控制系统、工作环境等因素都会影响到水下机械手的动力学性能。本课题来源于国家科技部高技术研究发展计划(863计划)课题“深海精密作业机械手关键技术”。论文针对深海3500米作业机械手,根据功能需求以及相应的性能指标,分析了其原理方案,提出了一种新型的开放式机械结构,其大部分部件可以直接工作于海水环境中,有效简化了机械手的密封,使其结构的复杂性大大降低,并减轻了机械手自重,增加了负重自重比。对机械手的静力分析结果表明,所提出的机械结构能有效满足静载荷下强度、刚度要求;基于所提出的机械手机械结构,分析了其运动学,计算了其工作空间以及运动学正、逆解,基于拉格朗日方法建立了其动力学模型,推导了其具体的动力学模型表达式,为动力学分析奠定了基础;采用Matlab与Adams联合仿真方法,建立了机械手仿真模型,对机械手的动力学进行仿真及分析。考虑机械手处于水流及重力作用的环境下,仿真了机械手的运动控制过程,得到了机械手的关节角度、位置运动及关节力矩变化情况。仿真结果表明,在机械手为达到指定作业目标的运动过程中,各关节电机的实际负载能力能够满足机械手各关节在运动过程中所需的控制力矩,且各关节反应速度较快速,稳态误差较小。当存在水流干扰时,响应曲线、控制力矩变化不明显,但普遍存在一定超调量,会对作业效果产生一定影响;根据仿真分析结果,对机械手进行了优化、细化设计。适当减小了大臂壁厚,在小臂的两端增加可以安装滑动轴承的连接法兰,使小臂中间空心部分直径加大。由此进一步减轻了影响机械手动态性能的关键部件的质量及机械手的整体质量。获得了机械手最终设计,其自重仅仅为指标重量的一半。对改进后的机械手进行的静力分析结果表明,其强度及刚度满足要求。对机械手的动力学仿真验证结果显示,在进行定点作业时,该机械手具有较好的动态特性。根据机械手的最终设计结果,加工制造了水下机械手样机。