相比陆地,海洋资源无论探测、开发、运输都存在一定的困难。水下机器人作为探索和开发海洋资源的重要工具,有助于高效开发海洋资源。随着科学技术的进步,水下机器人也朝着小型化、智能化发展。在减小水下机器人体积、重量的同时,也降低了水下机器人抵御外界干扰的能力,给水下机器人的控制带来难度。本课题研究的重点即小型水下机器人抗干扰设计,通过设计水下机器人自平衡控制系统来提高水下机器人稳定性。本课题研究的主要任务是:1)根据水下机器人运动特点设计驱动布局和硬件电路,为算法研究提供硬件基础;2)完成水下机器人运动学建模分析,利用空间模型研究提高水下机器人运动稳定性的控制方法,为控制算法设计提供依据;3)设计水下机器人自平衡控制算法,并通过实验进行验证。本文研究的具体内容如下:首先,因为水下机器人运动自由度较多,各个自由度之间的耦合作用较强。为降低控制难度,将水下机器人空间运动分解为水平运动和垂直运动两种,采用水平控制和垂直控制分解理念完成对水下机器人驱动布局的设计。结合运动控制系统三要素设计出符合水下机器人控制要求的电路。其次,对水下机器人进行运动建模仿真。通过建立运动坐标系分析水下机器人所受合力作用下的空间状态方程,基于空间状态方程建立PID控制器。通过理想条件下仿真,验证了 PID控制器在水下机器人控制中可以起到良好的控制效果。再次,结合水下机器人驱动布局及硬件电路,为水下机器人设计运动控制算法。采用传感器的输出作为运动控制算法的输入量和状态反馈量,通过PID控制器的输出来驱动推进器,达到控制水下机器人的目的。水下机器人运动控制主要是为了提高水下机器人运动稳定性。最后,通过实验验证水下机器人控制算法的控制效果。实验分为静态测试和动态测试,验证了水下机器人在运行过程中具有抵御外界干扰的能力。分析证明运动控制算法能够提高水下机器人运动稳定性,为同类型小型水下机器人提高稳定性设计提供参考。