工程专业潜水员在海洋油气资源开发设备的检修和维护,以及船舶海难事故的救援和打捞中起着重要的作用,研制仿潜水员机器人替代工程专业潜水员是非常有必要的。本文针对仿潜水员机器人的总体结构和水下运动性能进行研究,为仿潜水员机器人的发展奠定了基础。本文完成的具体工作如下:首先,根据潜水员水下运动的分析完成了仿潜水员机器人总体结构的研究:通过对潜水员游动机理的研究,设定了仿潜水员机器人自主游动姿态和腿部摆动规律。根据潜水员水下运动情况的分析,完成了机器人总体方案和本体结构的研究。针对本体结构的研究,通过运动学和受力分析完成了本体结构的设计。依据腰部结构和腿部结构的运动学和受力分析,完成了舵机、电机的选型。通过对机器人稳定性的分析提出调心方案,并完成平衡调整和求出重心坐标,为机器人坐标系的建立奠定了基础。其次,基于总体结构研究结果完成了机器人静力学分析与水下运动性能分析:根据挠度计算叠加原理对腿部结构进行刚度分析和根据材料屈服准则对头部结构进行强度分析,完成了二者的强度、刚度的校核。通过建立自主游动运动学与动力学模型并利用CFD仿真方法,进行机器人自主游动仿真,完成了脚蹼长度和游动姿态对速度、机体平稳性和效率影响的分析,进而设定机器人游动模式。根据势流理论、粘性流体相关理论进行下潜动力学分析,建立了下潜运动的非线性数学模型;借助CFD仿真方法,完成了数学模型中部分水动力系数的求解以及下潜动力系统的配置,为下潜运动控制提供理论依据。然后,根据机器人总体结构和水下运动性能的研究,完成了机器人控制系统的设计及控制策略研究。针对控制策略研究:通过腿部电机数学模型的建立,完成了电机传递函数的求解;基于普通PID和模糊PID控制原理,利用MATLAB软件对电机控制系统进行仿真并对比系统的动态性能,为电机控制提供理论依据。根据前文下潜运动数学模型的建立,完成下潜深度控制系统传递函数的求解;基于普通PID和模糊PID控制原理,利用MATLAB软件对下潜深度控制系统进行仿真并对比系统响应动态性能、抗干扰能力等,为下潜深度控制奠定了基础。最后,针对前文的理论研究与仿真分析,研制实验样机并进行相关实验研究:完成腰部运动测试和腿部电机控制实验,验证二者的理论设计与研究达到课题使用要求。通过水下自主游动综合测试实验,完成了机器人自主游动性能测试,并与仿真结果进行对比及分析产生误差的原因,验证了机器人自主游动性能。通过下潜运动综合测试实验,完成了水动力系数的测试,验证了下潜运动数学模型的合理性;完成了下潜运动定深测试,验证了基于模糊PID控制原理的下潜运动性能满足本课题设计要求。