随着经济、科技的快速发展,人类物质生活大大丰富,地球人口不断激增,这使得人类对于自然资源需求量激增,资源开发力度不断加大,然而经过多年的开采,陆地资源匮乏问题逐渐凸显出来,同时,也促使人类越来越意识到海洋资源开发的重要性和紧迫性。然而,海洋资源开发不同于陆地资源,海洋环境极其复杂,人类无法直接对其进行勘探以及资源开发,必须借助水下机器人等海工装备,然而对于水下机器人来说,其作业任务的主要实现者一般是机械手,因此,对于海洋资源勘探开发,水下机械手技术的研究不可或缺。随着近年来人们对海洋资源开发越来越重视,越来越趋向于深远海作业,随之而来的是所面临的作业环境越来越复杂,作业任务亦逐渐趋于智能化、精细化,这当然也使得水下机械手的控制越来越有挑战性。此外,水下机械手作业时难免会受海流、海洋生物等外界环境干扰影响,因此对水下机械手来说有很多不可提前预测的干扰存在,是典型非线性系统,这些因素的存在都会使其控制面临巨大挑战。本文主要针对水下机械手的末端轨迹跟踪控制问题,设计机械手轨迹规划算法和滑模变结构轨迹跟踪控制算法,并搭建ROS仿真环境进行基于ROS仿真环境的水下机械手轨迹跟踪控制仿真研究,最后基于所研制的水下机械手样机进行初步的运动控制试验。具体如下:第一,首先简述本文研究背景、意义,随后对水下机械手国内外研制情况以及其控制技术研究状况进行综述。之后,简述水下机械手运动学、动力学建模一般方法,并给出了华中科技大学所研制的HUST-UVMS号所搭载的水下机械手（单手）的运动学和动力学数学模型实例,为后面水下机械手轨迹规划算法以及轨迹跟踪控制算法研究奠定基础。第二,然后,借助所给出的运动学模型实例进行了机械手轨迹规划算法的研究,包括笛卡尔空间轨迹规划和关节空间轨迹规划,其中,在关节空间采用三次、五次多项式、三次B样条插值方法进行关节空间轨迹规划,并简要对比三种规划方法,分析优劣,最终选取三次B样条插值方法作为关节空间插值方法。第三,首先简述滑模控制原理。随后,结合水下机械手特点,针对其轨迹跟踪控制问题,设计滑模控制器,并由李雅普诺夫稳定性理论证明了所设计控制器稳定性、有效性。另外,针对滑模抖动问题,采用幂次趋近律及饱和边界层来削弱。针对,其水下作业时干扰问题,设计非线性观测器对未知干扰进行观测估计,进一步补偿控制输入。最终,通过MATLAB仿真平台并分别以两关节及三关节水下机械手数学模型实例作为仿真对象,对本文所设计的水下机械手观测器及控制器进行仿真试验验证,仿真试验结果证明了其有效性。第四,搭建ROS仿真平台进行水下机械手控制仿真验证。首先结合所设计的机械手轨迹规划算法,设计并实现了基于ros＿control的水下机械手规划与控制ROS仿真试验,然后在此基础上结合所设计的滑模控制器,设计实现了基于滑模控制器的水下机械手控制ROS仿真试验。ROS仿真试验结果验证了所设计规划器及控制器的有效性,可为工程实际应用提供一定的指导作用。第五,对所研制的水下机械手样机进行介绍,包括样机软硬件整体设计框架,并利用机械手样机进行了相关初步试验研究,包括干态试验、水密试验以及水下试验。干态试验主要包括单关节测试、多关节测试以及多关节联动测试。然后,考虑到水下机械手水密作业需求,因此专门针对所研制的样机进行了水密设计,并利用静水压试验台,对所设计水密方案进行试验验证,试验结果表明所设计水密方案可以保证水下机械手在设计水深环境下稳定运行,为下一步实物机械手水下作业研究提供支撑。