随着核能的发展，核电站的建设，核泄漏等安全事故越来越受到人们的关注与重视。其中，乏燃料池和换料水池泄漏是典型的核电事故。而传统人工检修方式耗时耗力，所以研发一款用于水下检修的机器人具有重要意义。本课题结合项目实际需求，研发一款搭载于框架式水下ROV的轻型多自由度焊接机械臂。
　　首先分析了水下焊接工艺、搭载空间和作业空间，确定了机械臂的五自由度构型以及臂杆尺寸参数。采用泛塞封作为电机输出轴处的动密封，采用铝合金作为机械臂主体材料，并考虑流固耦合影响，完成了电机的选型和整体结构的设计。利用ANSYS完成了机械臂关键部件的拓扑优化设计，在保证构件强度与刚度的基础上，达到减轻质量的目的，并在SolidWorks中完成了机械臂的三维建模。
　　其次，基于D-H方法，完成了机械臂运动学的建模与仿真，为运动控制部分奠定了基础。完成了对水下焊接机械臂的误差建模与分析，合理分配关节加工制造精度，并采用多关节补偿法对拟定误差进行修正。完成了机械臂空间焊接轨迹的理论推导，为实验部分提供了理论依据。
　　然后，基于拉格朗日法完成了动力学方程建模，基于默尔森法完成了水动力分析，通过adams仿真对比了地面和水下这两种情况下的控制力矩，验证设计的合理性以及可靠性，并分析了机械臂各个关节在运动时对ROV本体的影响。
　　最后，完成关节水密性试验，搭建水下焊接机械臂的试验平台，完成单关节控制试验以及轨迹跟踪试验，验证本课题设计的水下焊接机械臂的合理性和可靠性。通过ATI六轴力传感器对机械臂在水下运动的数据进行采集，验证了水动力模型的准确性。