水下运载器-机械手系统是人类探索海洋、开发海洋的新工具,本文针对水下管线巡检机器人的协调规划控制问题,搭建相应的AUVMS实验平台,并对其协调规划及控制展开深入研究。文章总共分为七章,内容概括如下:第一章:通过文献调研,分析总结了水下管线巡检作业的现状及问题,总结AUVVMS系统的应用场景以及发展历程,对国内外相关项目做了分析梳理。同时针对AUVMS的运动规划及运动控制进行深入的文献调研。最后阐述本课题的研究意义,难点及章节安排。第二章:介绍了项目中设计搭建的AUVMS子系统构成及相关参数指标。根据实际参数建立该系统的运动学模型及水动力影响下的动力学模型。同时在MATLAB/Simulink平台搭建可视化仿真模型。第三章:针对AUVMS高维度,惯量分布差异大,作业环境复杂的特点,研究其轨迹规划和路径规划问题。提出了 RRTAUVMS算法,借助了系统自身的运动学模型及动力学模型,与传统的快速扩展随机树算法相比,能够显著提高规划效率。第四章:针对AUV水下运动受到复杂水动力干扰的问题,研究了基于非线性干扰观测器的算法,该算法能够对AUV所受的集总水动力干扰进行有效估计并加以抑制,通过仿真和实验,验证了所提出方法的优势。第五章:主要对水下机械手的控制进行深入的研究。针对机械手运动模型参数误差及强非线性特点,采用基于时延估计器的算法,实现对外干扰及参数变化的有效补偿,提高系统的控制性能。提出了任务空间下轮廓跟踪控制的算法,设计基于时延估计的非奇异终端滑模控制算法,实现对大曲率椭圆轮廓的跟踪,并通过Lyapunov稳定性原理证明所提出算法的稳定性。通过仿真和实验,验证两种方法的有效性。第六章:将AUVMS协调运动规划、控制算法有机结合起来,实现有效的整体规划与控制,并通过仿真和水池实验验证该方法的有效性。第七章:对本文的核心工作,创新点进行概括总结,并从工程角度和学术角度对后续的研究进行展望和总结。