【摘 要】
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自主水下机器人（Autonomous Underwater Vehicle,AUV）是一种依靠自身携带能源及传感器作自主航行的水下航行器,在工作过程中不需要人为干预,具有隐蔽性好、机动性强、活动范围大、操作方便等优点,是海洋装备中智能化程度最高的产品,是海洋装备发展的重要方向。AUV已经成为海洋资源和能源调查开发的重要工具,具有广泛的科学、民用以及军事用途。针对目前国内AUV难以普及,功能需求多种
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自主水下机器人（Autonomous Underwater Vehicle,AUV）是一种依靠自身携带能源及传感器作自主航行的水下航行器,在工作过程中不需要人为干预,具有隐蔽性好、机动性强、活动范围大、操作方便等优点,是海洋装备中智能化程度最高的产品,是海洋装备发展的重要方向。AUV已经成为海洋资源和能源调查开发的重要工具,具有广泛的科学、民用以及军事用途。针对目前国内AUV难以普及,功能需求多种多样的现状,本文以模块化思想为指导设计开发了一款微型自主水下机器人。在模块化微型AUV的设计过程中,首先设计了载体平台,进而以载体平台为基础对其进行了动力学建模,然后对其运动特性进行了仿真分析,通过分析仿真结果,确定了动力学模型的正确性,最后通过湖上实验的方式,验证了仿真结果的正确性,同时验证了样机的航行性能及可靠性满足设计指标。本文主要研究内容为:（1）模块化微型AUV样机的设计。模块化AUV以模块化接口为基础,设计在结构与电气上可以相互替换的功能模块。通过模块化设计实现了AUV的快速功能重组,为国内对AUV功能多样化的需求提供了切实可行的解决方案。此外,通过多推进器交叉布置的动力系统布局方案,简化了AUV的运动机构。（2）模块化微型AUV数学模型的推导。参照鱼雷及潜艇成熟的数学模型推导方法,以动量定理与动量矩定理为基础,建立了模块化微型AUV的六自由度空间运动方程,并结合计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）方法,获取了其水动力系数。进而以空间运动方程为基础,单独研究AUV的水平面运动,推导了其水平面回转半径表达式,并对影响因素进行了分析。（3）模块化微型AUV运动特性的研究。依据AUV的六自由度空间运动方程编写了仿真程序,借助龙格-库塔算法对方程组进行求解,通过对仿真结果的分析,验证了数学模型与水动力系数的正确性,明确了不同的因素对AUV的回转运动产生的不同影响,同时为控制系统的设计提供了指导。（4）AUV性能的验证。通过湖上实验的方法,验证了模块化微型AUV样机的航行性能与系统稳定性满足设计指标。
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