水下分散自重构机器人是一种新的系统设计概念,它不同于常规水下机器人的集中式结构,系统由一定数量的少数几类模块组成,每个模块都是具有一定的运动、作业和环境感知功能的智能体,模块单元互联成网络共同实现总体功能,能根据环境和任务的具体要求进行构形变换,通过步态协调控制实现多种运动形式。本文在前人研究的基础上,对水下分散自重构机器人的模块设计、控制系统设计、通信实现、构形变换、运动的协调与控制进行了深入的研究,并完善了其上层控制软件,实现了水下分自重构机器人运动控制功能。智能模块是自重构系统的胞元,采用了结构化和模块化的设计思想,增强了系统的可移植性和兼容性。论文在分析系统自重构原理的基础上,详细论述了模块设计中的舵机结构设计、浮力调节装置机械结构设计、对接装置设计、光电引导系统设计、智能单元设计和传感器原理与设计。运动控制单元采用了PID控制器的基本原理进行设计,并根据运动协调的基本特点,对水下自重构机器人的运动模式进行了研究。控制策略是自重构机器人研究的一个重要方面,现有的自重构机器人控制算法主要有分布式和集中式两种。而Agent特有的自治性、协作性等为自重构机器人的控制策略提供了一种新的思路。因此,本文结合多Agent系统的控制原理,构造了基于多Agent的运动控制策略模型。该模型能够将复杂任务分析构造成规模较小、相互协调、具有分布性的子任务,以降低计算量和求解的复杂性。运用CAN总线技术,实现了模块的联网控制。在考虑水下分散自重构机器人通信需求基础上,设计了自重构系统的应用层通信协议。通过报文滤波技术实现点对点与全局广播两种报文传送方式。模块不仅能够进行消息的应答反馈,还能够根据模块自身的运动状态,主动向上位机反馈一些特点的信息。上层软件是实现构形转换和步态控制的工具,上层软件通过CAN总线,与底层模块的单片机进行实时数据交换,协调各模块的运动,对模块进行集中与统一控制。论文中,分析了上层软件的技术需求,详细论述了软件的数据结构,软件结构功能,以及系统构形转换和步态控制的操作过程。然后,论文研究了水下分散自重构机器人构形转换的过程,详细阐述了蜿蜒运动、蠕动、章鱼运动的动作机理以及相应的控制方法。研究了对接操作过程中的末端对接面微调方法,采用速度关系雅可比矩阵求逆的方法,实现了自动对接。最后通过水池试验检测了USR的运动和构形变换能力。