刘书金，刘 荣，郑 豪，吕桂志

（北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100191）

1 引言

近年来，水下机器人逐渐成为机器人领域的一个热点，但在水质检测领域应用还比较少，通过对水质检测领域环境特点的分析，设计了一种专门适用于内陆湖泊的欠驱动水下机器人。它相对于全驱动机器人，结构简单，因此欠驱动水下机器人水引起了不少学者关注。尤其是在水下机器人路径跟踪方面，其中，文献[1]提出了基于自适应Backstepping的欠驱动的水下机器人三维航迹跟踪控制，文献[1]提出了基于自抗扰控制器的路径跟踪方法，这些方法都是可以实现路径的跟踪，但控制器参数较多，设计复杂。

导航系统相对于机器人是必不可少的，基于应用场景的限制，选用捷联惯性导航，该导航是最常见和广泛应用的导航系统，是一种自主式导航系统，工作时不依赖外界信息。但是长时间导航定位精度比较差，不满足要求，因此选用捷联惯性导航和GPS通过卡尔曼滤波进行数据融合的组合导航系统，提高定位精度。

水下机器人的动力学模型和运动控制器的设计是机器人轨迹规划的关键技术，以水下机器人为研究对象，建立了水下机器人六自由度的动力学模型并提出了水下机器人的控制策略。

2 水下机器人结构

图1 整体结构Fig.1 The Overall Design

水下机器人的整体结构，如图1所示。它采用流线型的结构，两个水平推进器分别控制机器人的前进、后退及艏摇，两个竖直推进器控制沉浮及纵摇，摄像头的图像信息通过图传天线传回到地面控制中心，地面的控制指令与机器人的姿态等信息通过通信天线传输，水下超声波传感器采集障碍物信心，整个机器人下位机系统通过磷酸铁电池供电。……