水下机器人作为现代智能机器人的直接代表,长久以来扮演着海洋资源开发、环境监测及水下侦察的角色,广泛应用在水下极端复杂环境。随着研究的进行,愈发复杂、综合的任务要求使水下机器人朝着智能化、特殊化以及组网化发展。本课题“水下光通信机器人的路径规划与运动控制研究”属于“中央高校基本科研业务费”项目“可靠灵活机动的立体化海洋观测与光信息通信组网关键技术研究”（项目批准号:2019XD-A15）的一部分研究内容。针对项目中的水下光通信机器人,本文研究其智能化、自主化通过障碍物水域到达作业现场的能力,即开展其路径规划与运动控制的研究。在路径规划方面,研究复杂环境下的路径规划及效能评估。在运动控制方面,全面研究水下光通信机器人的运动模型、关键流体动力学参数求解及路径跟踪运动的控制策略。具体研究内容如下:（1）完成水下光通信机器人运动模型分析与研究工作。根据国际造船协会的规范建立了坐标系描述模型,推导出水下光通信机器人的运动学方程,并进一步考虑机器人受到的环境外力作用,得到了动力学的六自由度模型,给出了水动力项的具体求解表达式。（2）采用数值模拟方法进行水下光通信机器人流体参数求解。基于ANSYS（Fluent）及XFlow软件分析该机器人常见工况下的流体力学性能及进行惯性、粘性类水阻力参数的求解。并在现有研究的基础上研究了直线、旋转及加速运动时的瞬态力学特性,最终得到了包括附加质量、粘性类参数以及惯性矩阵的精确动力学模型参数。参数求解工作不仅考虑了不同求解软件的优点也求解了典型瞬态参数。（3）进行复杂场景下水下光通信机器人路径规划效能评估方法研究。分析复杂场景中水下光通信机器人面临的常见工况,建立完整的定量评估指标模型,在层次分析法为指标赋权的基础上,提出一种改进的云重心评价法,并引入转艏能量代价函数对A*算法改进,基于复杂场景进行A*算法改进前后路径的实例评估工作。本方法可为复杂场景下水下光通信机器人的作业路径规划提供指导。（4）针对路径跟踪运动的控制问题展开研究。引入任务阈值的概念提出一种改进的切换型视线法制导律,对比几种视线法制导律的制导过程,给出改进的切换型视线法制导律的具体方案。并进一步提出一种具有回溯效应的量子粒子群优化算法,改变局部吸引子的选取策略,将其引入滑模变结构控制的参数自主整定过程。最终基于MATLAB环境与其他控制策略对比验证所提出策略的优势。（5）基于ROS环境进行路径跟踪控制的场景仿真工作,采用Gazebo工具仿真海洋环境工作场景,采用Solidworks软件分别对推进器及水下光通信机器人主体装置建立简化模型并导出URDF文件到Gazebo中,建立控制节点文件和控制接口包,在RViz工具中进行路径跟踪结果的可视化显示。最终在验证前文提出的路径跟踪控制策略的同时,进一步进行了在复杂干扰/故障场景下的控制策略表现的对比仿真实验,结果表明所提出的控制策略在复杂工作条件下具有明显优势。