随着海洋工程的发展,海上打捞作业对吊运设备的负载能力、效率和安全性等要求越来越高。目前海上使用的起重机在承载能力和作业空间上存在不足,因此提出一种浮动基多机协调吊运系统来填补海上吊运的需求。该吊运系统由绳牵引并联吊物系统和浮动基机械臂联合组成,不但承载能力强和作业空间大,而且对海上吊运设备的研究提供了新的思路。对于多机器人联合吊运,国内外学者主要研究了固定基座和空中自由基座的多机器人联合吊运,对海上作业的多机器人联合吊运系统研究的很少,因此该领域的研究具有广阔的前景。本文首先根据海上吊运任务的需求建立了吊运系统的空间构型,整个系统是由浮动基机械臂和绳牵引并联吊物系统两部分构成,利用坐标变换法建立了吊运系统的运动学模型,并且推导了它的正逆运动学方程。设定浮动基机械臂的初始结构参数,结合实例对系统的运动学进行仿真分析,所得结果为后续的系统动力学建模以及基座稳定性分析奠定了基础。然后根据流体动力学和刚体动力学分析了并联吊物系统和浮动基机械臂的动力学。在整个吊运系统运动学的基础上,分析了它的正向和逆向动力学。结合实例对系统的动力学进行仿真分析,结果表明:以负载运动和浮动基运动分别为吊运系统的初始激励,两者均会影响到海上吊运作业的安全。然后研究了该吊运系统的流固耦合效应对基座的影响,并讨论了在波浪作用下的求解方法。利用Fluent软件对吊运系统进行了瞬态动力学分析,整个过程充分考虑了流场的不定常性,建立了吊运系统的流固耦合模型,网格划分后设置成动网格,并且研究分析了浮动基座在流体作用下的旋涡特征。通过比较不同截面的浮动基座的水动力参数,为浮动基座的结构设计和所受波流载荷的取值提供依据。结合实例,在波浪环境下仿真分析了不同形状的浮动基座的受力,可以发现圆形截面的基座受到的流体阻力小,不仅减小了基座受到的压力,而且增加了基座在流场中的稳定性。由于浮动基多机协调吊运系统同时具备绳牵引机器人的柔性,绳索单向拉力特性以及基座的浮动特性,同时浮动基座受到的合力大小和方向不断变化,极易使吊运机械臂倾覆。首先借鉴船舶的稳定性理论对基座的稳定性进行分析,并分析了负载对吊运机械臂末端的拉力、基座的尺寸形状和作业时的外部环境对吊运系统稳定性的影响。虽然所提出的关于横向倾覆的静态稳定性的方法不适用于判断瞬时的稳定性,但是综合上述研究结果可以发现每个影响因素对系统稳定性的重要性。然后以力—角稳定性方法为基础,改进得到稳定锥方法分析基座的稳定性,综合考虑浮动基边线倾覆、角点倾覆和最小倾覆能量三个方面的因素对该吊运系统动态稳定性的影响,通过倾覆性能指数评价系统的稳定性。最后,利用稳定锥方法比较了机械臂的两组运动学逆解对应的基座稳定性曲线。仿真实验为浮动基多机协调吊运系统的实际应用提供了参考,可以通过改变机械臂的构型来提高系统的稳定性。