海洋蕴藏着丰富的能源,开发海洋资源是解决人口增长和资源枯竭的必由之路。随着海洋强国战略的提出,我国开发海洋的速度不断加快。水下无人有缆机器人（Remotely Operated Vehicle,ROV）凭借其良好的机动性和深水作业能力,日渐成为海洋结构物检测维修和水下救援中的重要工具。它可以代替潜水员执行水下复杂环境的探测和维修作业,同时可以深入海洋深处进行资源观测和勘探。水下钻孔作业是海洋结构物维修及水下救援中的一种常见的作业方式,可以为水下结构物修补和救援打捞保驾护航。利用ROV的灵活性,配合钻孔工具可以实现复杂水下环境任意材质和角度的作业面钻孔,从而更加顺利地完成水下钻孔作业。本文针对ROV的水下钻孔作业,设计了专用的四矢量推进钻孔ROV,并基于此ROV进行了运动学模型的建立、水下钻孔过程的力学分析、控制器设计、非线性系统的推力分配问题进行了研究,主要内容与成果包括:首先根据水下钻孔作业的实际工况和运动要求,提出了一种基于四矢量推进的钻孔ROV,通过推进器的矢量布置及旋转,在减少推进器数量的同时实现ROV的六自由度运动,并留有冗余推进力。进行了ROV的结构设计,包括推进器的矢量布置方式,推进器与舵机的连接,ROV的主体结构设计与选材。进而进行了虚拟样机的设计,并进行了实体ROV的装配。然后基于四矢量推进钻孔ROV在水下的受力情况,建立了完善的六自由度运动学和动力学模型。进行了四矢量推进钻孔ROV的模型测试,测试了ROV模型的正确性和机动性。随后为四矢量推进钻孔ROV设计了离散PID控制器,通过调整控制参数达到预期目标。同时设计了基于内点法与Newton-Raphson法相结合的非线性约束推力分配策略,解决了四矢量推进钻孔ROV基于最优能耗的推力分配问题。最后进行了四矢量推进钻孔ROV模型的仿真模拟。本文进行了在混凝土和金属表面钻孔的力学特性分析,探究了该水下钻孔机器人最大扭矩和最大推力的关系,进而依据该关系确定了ROV可进行钻孔的安全范围。对于四矢量推进钻孔ROV进行了悬停、位姿移动旋转以及在混凝土、金属表面钻孔的仿真模拟测试,通过观察ROV的运动速度、位姿变化情况和推力分配情况,测试了四矢量推进钻孔ROV的机动性和稳定性。