1）研究目的

随着人类社会的不断发展进步，陆上资源正在日渐枯竭，人口与资源环境的问题日趋严重，探索海洋开发海洋资源已成为趋势。水下机器人因其灵活、安全、经济、高效的特点，可替代潜水员到达人类无法达到的水下，长时间完成水下信息采集以及水下工程作业的任务。随着技术的不断革新进步，水下机器人可成功应用于资源勘探、科研教学、渔业养殖、水下工程、下水道检查、船体检修、水下考古、娱乐摄影等领域。但是在水下，尤其是0~50米的浅水海域或河流湖泊中，环境水流复杂，由于本身多输入多输出的模型的特点以及外界与水下机器人之间的复杂空间水动力影响，其运动具有强耦合以及强非线性。同时，由于水对电磁波的削弱作用，在水下无法使用GPS等成熟的导航定位系统，给水下机器人的运动控制带来了巨大障碍。

本研究拟设计一6自由度水下机器人，并对其运动特性以及自稳性进行分析，建立其基本运动学模型，并进行控制系统及算法设计，以实现水下机器人在复杂水动力环境影响下自身运动的相对稳定。

2）研究意义

水下机器人的动态稳定是一切水下作业活动的基础及前提，实现其自身的位置定位以及姿态控制是其中的关键技术，也是水下机器人实现智能化以及完全自主作业的必然要求。如何实现其在水下复杂水动力环境下运动稳定性，对实现智能自主化，提升机器人整体的工作性能等方面都具有重要意义。本文将根据现有理论详细的分析其水下运动特点，对6自由度水下机器人的运动机构及其控制系统进行设计及改进，并通过仿真实验进行系统验证，为水下机器人自稳性研究及实践提供案例参考及借鉴意义。

3）国内外研究现状

水下机器人最早产生于20世纪60纪年代，并在80年代左右得到迅猛发展，衍生出多种用途的水下机器人，工作性和工作水深也都得到了很大的提高。目前，水下机器人已广泛应用于科研、经济及军事等不同领域，它已成为水下观察和水下工程作业方面最为有效和最具潜力的水下开发工具。水下机器人技术的发展得益于相关学科的综合研究和应用，逐渐表现为多学科、专业化态势。近年来，随着对江河湖海水资源的开发，各种水电站、大坝的修建，近海资源探测、利用，以及市场对娱乐化水下机器人的需求，浅水领域的超小型水下机器人成为一个发展趋势。

国外发展现状：1960年世界上首台水下机器人“curvel”在美国诞生，从世纪后半叶起，水下机器人经历了从诞生、发展到开始走向应用的历程。目前，国外专门的水下机器人研究机构主要有美国的海军研究生院的自主式水下运载器研究中心（Center for Automatic Underwater Vehicle Research），缅因州立大学的海洋系统工程实验室(Marine Systems Engineering Laboratory)，英国的海事技术中心(Marine Technology Center)，日本东京大学的水下机器人应用实验室（Underwater Robotics Application Laboratory）等。高水平的超小型水下机器人仍然以美国的科研机构和公司产品为代表。目前，国外的水下机器人已经商业化，许多公司提供各种水下机器人整机、零件或者配套服务：美国的Seabotix公司的LVB，Videoray公司的Pro。俄罗斯Indel-Partner公司的GNOM，瑞典萨博海眼公司的Seaye，都形成了成熟的系列化产品。其中，美国SeaBox公司的vLBV950水下机器人，重18.1Kg，最大航速超过3节，最大下潜深度可达到950米。