在海洋资源的开发与利用过程中,水下机器人是探测海洋资源的重要工具。在海底复杂多变的海况会严重影响水下机器人的工作状态。为了保证水下机器人在不同海况下稳定地工作,需要对水下机器人姿态进行良好的控制。因此,研究水下机器人运动时姿态的可靠性与实时性是十分有必要的。本文根据水下机器人这一基本需求设计了姿态监控系统,同时引入虚拟仿真技术,实现了水下机器人姿态的三维可视化显示。首先对水下机器人的姿态解算方法进行了阐述,通过修正卡尔曼滤波算法,尝试采用一种卡尔曼互补滤波算法融合水下机器人的姿态角。该算法利用三轴陀螺仪和三轴加速度计对姿态数据进行采集。先由卡尔曼滤波对其姿态数据进行滤波、积分得到第一姿态角,再采用适当比例对第一姿态角、陀螺仪积分得到的姿态角和加速度计解算的姿态角进行融合得到最终输出姿态角。前述融合比例是按照各种方式解算得到姿态角方差大小的不同来进行分配,其分配原则是:方差越大,融合比例越小。然后基于水下机器人电子仓的体系结构,确定了水下机器人姿态检测系统下位机总体方案,并按系统结构设计了模块化的姿态监控系统下位机。下位机的设计主要包括硬件设计与软件设计。下位机硬件设计主要是基于硬件电路的最小系统电路、惯性姿态检测模块和推进器驱动模块的工作原理,对电路进行原理分析与设计同时也完成了对元器件的选型。在下位机软件设计方面,主要完成主控芯片程序初始化、基于MPU6050姿态传感器的姿态检测程序设计、串口通讯以及PWM驱动程序设计。最终完成了主控芯片对数据的发送、处理和接收,使下位机的各个硬件模块建立了通讯联系。最后,基于Labview建立了水下机器人姿态监控系统可视化界面。该界面设计主要包括上位机与下位机实时通讯设计、三维姿态可视化再现设计、姿态控制设计和故障报警设计等。该界面实现了数据可视化、三维模型可视化和人机之间信息交互,也使水下机器人姿态可视化系统构成了一个完成的整体。最后通过实验对姿态可视化监测系统进行了测试验证,证明该系统能够完成水下机器人姿态监控和可视化的基本要求。