水下无缆自治潜器-机械手系统是水下作业的重要平台,在水下巡检观测任务中,基座的扰动会对机械手末端位姿控制精度产生较大影响。本文通过对水下机械手进行运动学、动力学分析,针对AUV强弱扰动提出分级控制,并对弱扰动提出机械手三关节优化补偿算法,之后针对机械手关节设计反馈线性化控制器,结合水动力、关节摩擦、AUV耦合动力补偿项,完成了对扰动补偿算法的可视化仿真和水池试验验证。本文首先对水下机械手研究现状进行调研,总结了各种机械手控制算法的特点,提出了研究目标和机械手末端位姿控制有效性指标,为之后的仿真和试验提供有效性判据。其次对水下机械手进行运动学和动力学分析。本文采用标准D-H法建立了水下机械手各连杆坐标系,最终获得目标坐标系与机械手末端坐标系以及AUV载体坐标系之间的转换关系,并推导了最佳工作模式下水下机械手和AUV的位姿;然后根据拉格朗日力学方程分析法对水下机械手进行动力学建模,并分析AUV耦合动力影响项,最后得到水下机械手综合动力学方程。然后对AUV扰动情况分类讨论,并根据强弱扰动判据提出分级控制策略,主要针对弱扰动情况下AUV艏向扰动、侧向漂移扰动和深度扰动进行分析,设计优化补偿算法对肩关节、大臂关节和小臂关节原期望输入进行优化补偿;而后针对水下机械手动力学方程中非线性项设计机械手关节反馈线性化控制算法,并搭建水动力、关节摩擦补偿模块。之后通过Matlab Simulink Simmechanic模块搭建仿真可视化平台进行仿真,仿真结果表明扰动补偿算法满足位姿精度有效性判据。最后完成水池试验,本文利用Matlab Simulink xpc实时控制模块,将电脑PC作为上位机,利用工控机和数据采集板卡完成控制信号的传输和反馈信号的采集。设计针对综合扰动下的机械手较快运动和较慢运动两种场景算法的控制效果,试验结果表明,本课题提出的扰动补偿控制算法具有良好的控制效果,其位置和姿态均方根误差均满足有效观测范围判据,证明该算法在综合扰动下具有良好的控制精度。