配置在水下机器人上的深海机械手是水下机器人系统作业的核心工具,相对于传统工业机器人已知的工作环境,水下机械手多采用遥控式的操作方式潜到海底进行作业,其工作环境未知且相比陆地上的环境更加复杂多变。为了应对海底复杂未知的工作环境,对水下机械手的运动学特性、工作空间及轨迹规划的研究显得更加重要。运动学研究可以反映机械手的运动性能,工作空间分析可以反映机械手的作业范围,是对机械手进行操作时的重要参考指标,轨迹规划更是对机械手的实际工作过程和控制提供了技术基础。本文即针对自主研发的一种四自由度水下机械手进行运动学和轨迹规划研究。本文的主要研究内容如下:首先,对本文所研究的四自由度水下机械手系统进行了分析,说明了机械手系统的组成及各个模块的功用,探讨了水下机械手驱动方式的选择策略。并且建立了机械手模型的D-H前置参考坐标系,确定了机械手各连杆关节之间的运动参数。其次,基于D-H参数法求解了机械手的正向运动学模型,使用传统代数法求解了机械手的运动学逆解,并且将BP神经网络算法应用于求解四自由度水下机械手的运动学逆解中,搭建了求解逆向运动学模型的BP神经网络,验证了神经网络求解逆向运动学的可靠性,并基于ADAMS虚拟样机对运动学模型进行了验证。再次,基于蒙特卡洛法分别求解了机械手的水平工作空间、俯仰工作空间和总体工作空间,并且计算求解了四自由度水下机械手的雅克比矩阵,在雅克比矩阵解的基础上对机械手末端执行器在工作空间内运动的灵活性进行了分析。最后,对水下机械手关节空间的轨迹规划方法进行分析,对机械手关节运动的三次样条规划算法进行推导计算,分析了四自由度水下机械手在深海微生物悬浮培养罐投放过程中的应用,以此工作过程为例,利用三次样条算法制定了关节运动的轨迹规划方案,并对结果进行仿真分析,为机械手自动完成投放作业提供基本的运动算法。本文所研究的内容能够校验机械手的运动性能及水下机械手结构布置的合理性,并且可以为进一步制定水下机械手的控制方案提供基础。