水下机器人是可以用于代替人类进入到情况复杂、高度危险的水下环境中执行各种任务的机器人。操作人员对水下机器人进行远程遥控或是让水下机器人自主运行,完成水下勘察、救援、水样采集等工作,在保障人身财产安全,提高事故处置效率方面具有重大意义。针对大型水体水质调查和水下建筑物巡检等应用需求,开展了水下机器人监控系统的几个关键技术的研究,包括水下机器人监控系统体系结构研究、电子系统的硬件研制和监控系统软件开发等。第一章简要分析了目前国内外多种水下机器人的发展现状和目前存在的一些普遍问题,并介绍了本文的研究目标和主要内容。第二章针对水质调查和水下建筑物巡检的需要,分析了水下机器人的功能需求,研究建立了水下机器人的空间运动模型,并在此基础上提出了水下机器人监控系统的体系结构,确定了电子系统硬件结构的总体方案。第三章详细介绍了水下机器人电子系统硬件的研制,包括主控制器的选择、推进器驱动模块、传感器接口模块和电源监测管理模块的设计和制作。其中,主控制器与六个推进器驱动模块通过RS485总线方式连接,采用Modbus通讯协议实现推进器控制指令的传递;传感器接口模块用于对三轴加速度计、三轴陀螺仪、深度传感器等进行数据采集和预处理,并通过串行口向主控制器发送传感器数据;电源监测管理模块由多级DC-DC变换器和单片机组成,为主控制器、推进器驱动模块、传感器接口模块等提供电源,并能对各供电回路的电压、电流进行实时监测和估计电池的剩余电量。第四章中介绍了基于ROS开源机器人操作系统的水下机器人监控软件的设计,分别介绍了人机交互节点、运动控制节点、姿态控制节点的设计过程。这些节点由ROSMaster节点进行调度,实现节点间的相互通信和协调。同时,还简单介绍了操作员控制器,利用Visual Studio设计的操作监控界面,能够实时监视水下机器人的工作环境和机器人姿态,且能够远程遥控机器人运动和操作,具有结构简单,操作方便,显示效果直观的特点。第五章介绍了基于卡尔曼滤波融合加速度计、陀螺仪数据进行水下机器人姿态估测的方法,还简单介绍了基于模糊控制的水下机器人姿态控制方法。利用Matlab软件分别进行数据融合与姿态控制仿真,验证了这两种方法的可行性。第六章对水下机器人进行了运动控制实验和感知效果测试,实验测试证明机器人可以在水下稳定地进行前进后退、上浮下潜、转弯等运动,并能够实时反馈水下机器人运行时的倾斜、俯仰姿态和舱内温度、湿度等环境状态。