水下机器人与水下机械手逐步被研发用于一些特殊用途。在本论文中设计了一种用于海底作业的4-DOF水下机械手并对其进行了仿真与应用研究。　　本论文首先综述了水下机械手的国内外发展现状，对水下机械手的总体方案以及材料、回转方式、密封方式进行了研究，并设计了控制系统。论文研究内容主要包括五个方面：第一，设计了4-DOF水下机械手的本体结构，主要包括末端执行器、腕部、小臂、大臂、以及基座等零部件设计计算以及仿真分析。第二，运用D-H法对机械手进行运动学建模，求得运动学正解和运动学逆解；运用蒙特卡洛法求解可达工作空间，并运用MATLAB软件对工作空间进行了仿真。第三，基于拉格朗日函数建立水下机械手动力学方程，运用切片方法对机械手进行了水动力计算，并运用抛物线过渡插值法进行轨迹规划研究，用MATLAB软件对水下机械手的典型状态进行了动力学仿真。第四，进行了水下机械手实验，包括实验室调试、湖试与海试。最后，针对一种海底微生物悬浮富集装置研究了水下机械手操作应用方法。　　本论文的主要创新点在于设计了一种用于海底作业的4-DOF水下机械手，对其进行运动学、动力学和应用进行了研究。