水下机械臂是相关机器设备进行水下作业的一种工具,在水下执行相关任务的时候能发挥关键性的作用。但现在的水下机械臂还是有待改善,例如人工操作不能达到较好的精度,智能化较低以及适应性差等等。视觉信息和机械臂的结合能有效的解决很多问题,水下摄像机能通过视觉信息实时的反应周围情况,能很好的提升水下机械臂的作业精度和智能化程度,所以研究基于视觉引导的水下机械臂定点操作技术有较高的现实价值。首先,对水下机械臂使用D-H法进行正运动学的建模,使用代数法进行逆运动学求解;根据实际情况分析了水下机械臂的运动学误差的种类、来源以及造成的影响,在机械臂运动学的基础上对误差进行建模;为提高水下机械臂精度对关节参数进行了简单的标定;使用Newton-Euler法建立水下机械臂动力学方程,根据机械臂在水下的环境使用Morison定理建立了水动力方程并通过matlab对各个关节的动力学以及水动力进行仿真。其次,根据摄像机针孔成像的原理建立了水下摄像机的模型,并对实际可能存在的相机畸变分析并补偿,据此用二维标定板对水下摄像机进行了内外参数标定;为了把视觉信息转换到机械臂系统使用所以对水下机械臂及水下摄像机一体化进行了标定;由于水下环境复杂为了更好的提取有用信息,所以对采集到的图像进行了预处理,并在此基础上使用surf算法对图像进行特征点提取进而识别;使用单目视觉定位和载体携带传感器相结合的方法对水下目标物进行定位。随后,对一般水下机械臂轨迹规划方法进行了分析并分别进行仿真;设计了一种抓取判断方法和抓取流程使水下机械臂完成定点抓取操作;由水下机械臂各个关节转动的角度范围可以得到水下机械臂工作空间,并用matlab进行仿真;对障碍物使用包围盒法进行空间描述,并据此进行碰撞检测;分析了三种避障方法,通过仿真对比选取RRT(9)算法对机械臂进行避障,随后在三维空间进行机械臂避障仿真,验证了避障算法的可行性。最后,对水下机械臂实验平台完成搭建并进行相关实验:使用visual studio编写了上位机;研制了机械臂关节电机的驱动电路和控制电路,验证了关节连杆的水密性。使用实验平台分别进行了抓取判定实验、无障碍物定点抓取实验和有障碍物定点抓取实验来验证之前理论的正确性。