随着陆地化石能源的枯竭和人类技术的不断进步,海洋已成为各国研究的重点,而水下机器人作为现阶段研究海洋最先进的装备之一,其在海洋研究、海底资源开发等领域扮演着重要的角色。在对水下采油树阀门操作过程中发现,水下机器人上装载的机械手运动容易导致机器人姿态发生变化,影响水下作业。而稳定、可靠的水下机器人姿态是顺利打开采油树阀门的前提,如何保证在机械手运动过程中机器人姿态能够保持平衡状态是一个需要解决的问题,因此对水下机器人载体姿态稳定控制的研究具有重要的实际意义与实用价值。本文的主要研究内容和结论如下:(1)根据水下机器人作业特点,分析发现其上装载的机械手运动容易导致载体发生姿态变化,为了解决该问题需要分析出载体的姿态运动方程。通过对水下机器人载体实际受力情况分析,推导出纵倾和横倾运动方程。由于运动方程较为复杂,对其进行解耦处理,最终得出解耦后的纵倾和横倾运动方程,为下节仿真提供支撑。(2)针对水下机器人作业时姿态容易失衡,设计了一套姿态调节装置来调节载体姿态。首先,对几种姿态调节方式进行分析,根据所设计的水下机器人的特点,选择适合本载体的姿态调节方式。之后根据机械手的运动特征,分析载体的重心变化,依据机械手产生的力矩来确定重块的质量及其需要移动的距离。最后对装置中各部件进行设计分析,从而完成姿态调节装置的设计。(3)为了实现对姿态调节装置更好的控制引入滑模控制(sliding mode control,SMC)技术。考虑到SMC具有结构简单、对参数变化不灵敏等特点,但其在控制过程中容易产生抖振问题,为了削弱抖振引入模糊控制。结合模糊控制与SMC的优点,设计出模糊滑模控制器(Fuzzy sliding mode controller,FSMC),将其应用在水下机器人姿态调节控制之中,并进行仿真分析。通过与常规PID控制进行对比,结果表明FSMC比常规PID控制器具有更好的控制效果。(4)进行水下实验,以进一步验证FSMC和姿态调节装置在载体姿态调节上的实际效果。分别进行机械手关节正弦运动和悬停作业实验,以常规PID控制与FSMC作为对比,实验结果表明FSMC在姿态调节过程中的控制效果要优于常规PID,同时其也表现出更好的适应性。实验验证了所设计的FSMC在姿态调节控制上具有更好的控制效果,和所设计的姿态调节装置具有良好的实用效果。