水下作业系统是深海空间站的重要组成部分。其中,水下作业机械手柔顺换接手腕可以拓展水下作业系统的工作范围、提升工作能力。本文对水下作业机械手柔顺换接手腕进行研究及仿真分析,旨在提高我国在水下作业系统领域的核心能力。本文介绍了水下作业系统、柔顺换接手腕及柔顺换接方法的发展概况。根据柔顺换接手腕的设计要求,进行了总体方案设计,规划了换接流程。通过横向比较确定了关键部件的设计方案,得出柔顺换接手腕的性能优势。按照机械设计方法,对水下作业机械手柔顺换接手腕进行了结构设计。完成了柔顺补偿器的总体结构设计,通过理论计算求解得出工作空间;运用MATLAB做出各参数与运动空间的关系曲线,得出其变化规律。依据设计理论,校核了最大工作载荷下锁紧活塞的工作能力;计算得出自润滑球轴的使用寿命。结合液压接头的工作环境,对其进行结构设计,并阐述对接过程。根据经验公式,对液压缸进行尺寸设计并校核。对锁紧模块进行结构设计,分析锁紧过程中各阶段的受力情况及自锁条件。运用ANSYS Workbench对水下作业机械手柔顺换接手腕进行了结构强度分析。对球笼结构在最大受力情况条件下进行静力学分析,求解其变形、应力等参数。基于线性累积损伤理论,通过修正S-N曲线法对球笼结构分别进行恒定振幅载荷和随机载荷条件下的疲劳分析,对寿命、损伤、安全系数等参数进行求解。对公头弹性套在换接过程中存在几何非线性变形进行分析,优选弹性片模型的切分数量。对柔顺换接手腕进行模态分析,求解其共振频率及其变形情况,寻找模型结构的薄弱环节。对水下作业机械手柔顺换接手腕的换接过程进行分析,研究其换接方法并通过仿真分析验证。针对对准阶段,进行了对准策略的设计,得出了轴孔对准成功的条件。运用ADAMS对几种典型位姿进行对准仿真,验证柔顺换接手腕的位姿容差能力。针对对接阶段,分析过程中各个阶段的受力情况;研究卡阻和楔紧发生的条件。运用ADAMS分别对有无柔顺铰点的模型进行对接仿真,比较铰点在各个阶段的受力大小与力的波动情况,验证柔顺换接手腕对力的柔顺性。对柔顺换接手腕的换接过程进行仿真,研究不同因素对换接力的影响,验证柔顺换接手腕的柔顺换接性能。