近年来,随着人们生活水平的提高,对海参的大量需求促进了海参养殖产业的迅速发展,使其已经成为我国北方沿海为主的渔民实现渔业增效、渔民增收的重要产业。然而,调查发现如今的海参捕捞方式主要仍为传统的人工捕捞方式,已有的几款半自动化海参捕捞装置,均存在操作复杂,造价高昂,在海流、洋流和波浪普遍存在的海洋环境中难以维持姿态稳定,捕捞效率过于低下等问题。在这一背景下,本文致力于研究设计一套自动化海参捕捞装置,通过各部分的协调配合,完成水下海参的识别、定位和捕捞作业。首先,本文给出了海参捕捞机器人二段式结构设计方案,将海参捕捞装置和海参收集装置分开设计实现,并通过吸管和脐带缆连接,分析了其相比于已有的一体化海参捕捞装置所具有的优越性。并且,对其中水下定位装置、捕捞头和海参收集箱等主要装置的结构进行了设计,对船用柴油机、水泵、摄像和照明设备进行了选型说明,保证了系统结构的合理性与可靠性。然后,对水下海参目标识别算法进行了研究,它包括四个部分:水下图像预处理、图像分割、形状特征提取以及基于BP网络的海参目标识别。对图像预处理中的中值滤波算法可能将噪声点的灰度值直接赋予当前像素值,致使图像产生一定程度的失真的缺点;图像分割中的边缘检测算法可能导致目标旁边出现伪边缘的缺点;形状特征提取中的Hu氏不变矩组在离散条件下能够保持平移不变,但是无法保持比例不变的缺点;海参目标识别中的BP算法收敛速度慢,容易陷入局部极小的缺点给出了相应的改进算法,通过实验验证了改进算法的有效性。接着,研究了基于双目视觉的水下海参目标定位方法,包括:在摄像机成像模型与标定算法的基础之上,应用张正友标定法完成了双目立体视觉系统的标定;根据提取的海参目标的轮廓,利用模板匹配算法结合极线约束对海参目标轮廓中心点进行匹配;利用三维重建原理恢复海参目标轮廓中心的三维坐标。最后,针对海参捕捞机器人水下定位装置的动力定位控制,建立了水下定位装置的空间运动模型,按照动力定位要求,对运动方程进行了简化分解。根据运动模型,设计了其动力定位控制的模糊控制器,结合变论域思想,对基本的模糊控制器进行优化改进,同时给出了推进器推力的逐次分配法则,仿真实验结果验证了改进模糊控制器和推力分配算法的有效性。