遥控水下机器人(Remotely Operated Vehicle,ROV)是进行水下作业的有效工具,能够执行勘探、检修、巡查等任务。随着海洋资源的不断开发,很多水下结构物需要周期性的检测与清污,这就不仅要求水下机器人能够在水中浮游勘察,还需具备爬壁清污的能力。因此,开发具有浮游、爬壁功能,可以同时检测与清污作业的新型ROV十分必要。本文结合江苏省产学研前瞻性联合研究项目,参与设计并研制了一款模态切换水下机器人(Model-Converted ROV,MC-ROV)样机,在浮游与爬壁清污之间自由切换,并开展了导航定位研究。具体研究内容如下:阐述了MC-ROV本体电气系统的设计与测试。该系统分为两部分,即电子舱与电机驱动舱。电子舱包括视觉单元、运动切换单元、报警保护单元、传感单元及主控单元,电机舱主要涉及电机驱动模块及其保护与散热。设计了MC-ROV上位机监控系统。上位机由计算机、控制箱和手柄组成,具有人机交互和显控功能。其中计算机人机交互界面基于VB开发,包括视频显示、控制、数据保存、3D姿态、报警等。针对MC-ROV的水下运动,完成了微惯性组合导航软硬件系统设计,包括3轴加速度计、3轴陀螺仪、3轴磁罗盘及深度传感器,采用STMF4芯片作为处理器,并进行导航系统解算。深入研究了MC-ROV导航与定位算法,设计了新颖的基于互补滤波和无味卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter,UKF)的姿态算法,水池实验获得了良好效果。同时,研究了梯度下降法在四元数更新中的补偿作用和互补集合经验模态分解(Complementary Ensemble Empirical Mode Decomposition,CEEMD)在陀螺仪中的去噪作用。此外,基于数值模拟计算出的水动力系数,建立了MC-ROV动力学模型,研究了在波浪扰动时MC-ROV近水面的动力定位控制问题,设计了基于非奇异终端滑模(Non-singular Terminal Sliding Model,NTSM)和UKF的控制算法。经过多次水下试航,研制的MC-ROV样机能够较好完成进退、旋转、定深、定航等运动,导航与控制性能良好,达到了预期要求。仿真结果验证了梯度下降法、CEEMD以及NTSM在MC-ROV导航与定位中的有效性。