海洋对人类生存意义重大,“十四五”规划将深海探测列为科技创新领域十大重点研究方向之一,随着深海探测迅速发展,迫切需要一种性能出众的海底探测与作业设备。传统推进器式、履带式、仿生式探测设备受水流影响大,存在定点作业困难、环境扰动大等缺点,水下足式机器人出现可有效解决上述问题。但受水流、坡度、泥地等因素影响,海底行走更容易倾覆、打滑失稳,如何使机器人海底稳定行走,是足式机器人在海底成功应用的关键。本文针对一种腿-桨复合式六足机器人,对上层协同控制策略、下层协同控制算法两层协同控制提高海底行走稳定性开展了研究。力学建模是机器人海底运动性能分析和控制的基础。对机器人所受环境作用力学水动力、足地力、螺旋桨力分析,推导了单腿、机体动力学模型,通过耦合关系建立了整机加速度与关节力矩、水动力、推力解析关系。利用关节约束,分析了11种不同情况下机器人加速度空间包络面,动力学模型和不同步态之间的运动性能分析为后续如何通过协同控制提高稳定性提供了理论基础。协同控制是提高机器人海底行走稳定性的有效方法。为提高稳定性,设计了适应海底环境的步态切换和足端轨迹。根据实际环境,定义了海底工况并进行失稳分析。建立面向海底斜坡环境稳定性判据,从保证稳定性和节约能量角度出发根据运动性能分析结果设计了足式行走、混合行走两种模式间的上层协同控制策略。利用整机动力学模型,设计了混合行走时下层基于螺旋桨主动配合的前馈复合协同控制算法。两层协同控制将有效提高机器人海底行走稳定性。仿真分析是研究机器人海底行走稳定性的有效手段。为了具体分析不同因素对稳定性影响并验证协同控制有效性,利用C++开发了基于Vortex的虚拟动力学仿真平台,详细分析了步态、流速、推力算法、坡度对稳定性的影响,发现二、三、六步态在不同工况下稳定性逐渐增强,采用螺旋桨推力混合行走后可进一步提高稳定性。利用仿真验证了协同控制策略、协同控制算法对提高稳定性的有效性,使机器人在最大1.5m/s实变流速下自主走上了20°斜坡。本文通过对海底复合式机器人力学建模,设计了上层协同控制策略、下层协同控制算法两层协同控制,仿真分析了多种因素对稳定性影响并验证了设计的协同控制对提高稳定性的有效性,为足式机器人海底失稳提供了解决方案。