深水型网箱(围网)养殖是我国对深远海水体资源利用的重要途径,同时也是实现海洋渔业均衡可持续发展的方向。网衣破损检测是网箱养殖可以正常运行的基础条件,当前网衣破损检测主要以潜水员下水工作为主,还没有机械化智能化的装备。本文以我国常用深水网箱的结构为基础,提出了一套以螺旋式下潜的网衣破损检测策略为基础的框架式AUV系统设计。并据此进行了系统设计和各功能模块的机械结构及系统参数设计,通过计算AUV的运动学模型,配合网箱参数和水质参数,设计了专用的控制器,获得了螺旋式行进的控制方法,开发出一套完整的网箱网衣破损检测装备。该系统可在网箱中实时获取水下网衣的视频资料,完成网衣的破损检测,对深水网箱的发展和大规模推广打下良好的基础。本文主要研究内容如下:(1)阐述了网箱网衣检测用框架式AUV的工作方案,针对深水网箱养殖的特点提出了螺旋式巡航的工作模式,在此基础上提出了AUV的工作方式和水下控制要求,并依此对其进行了总体系统设计。框架式AUV系统设计主要包括水下潜体、通讯浮子和接收基站三部分,此三部分用模块化结构进行设计,其中包含了实现AUV工作的若干功能模块,包括框架、动力驱动模块、水下监控模块、能源供给模块、视频传水模块等。针对以上各功能模块,考虑深水网箱和工作环境,提出了其各模块工作的关键技术指标,并根据指标规划了各主要功能模块的设计思想和设计方案。(2)根据总体方案构想,对AUV各个功能模块进行了细化的机械设计和部件的选型。框架从可靠性、安全性和搭载性方面出发,选取了方形框架式结构,并对从5种材料的特性对比中选取了PVC塑料进行加工制作。动力系统根据水流阻力确定电机选型,并设置出合理的舵叶结构。水下视频装置考虑网箱内的海水状况,从低照度、高抗噪能力方面选取镜头和视频处理模块,并针对模块设计密封系统。通讯浮子部分通过对整体耗电量的分析最终选用了4块10W的太阳能板配合30AH铅蓄电池的能源供给方案,提高了系统的安全系数。最后根据工作环境选取了2.4GHz频段的微波通讯技术作为通讯手段,实现了视频资料的实时传回。(3)针对制作的AUV主体,首先对其工作路径进行了规划,根据网箱尺寸和实验测得海水能见度,在保证网衣视频清晰度和规避漏检的前提下,定义了AUV行进的路径在大地坐标系中的螺旋线函数,并对函数中的参数值进行了设置。定义以AUV为中心的局部坐标系,通过对AUV在海中行进时的受力分析,得到了其所受四个主要作用力的力和力矩的矩阵表达式,并根据此表达式确定了AUV在局部坐标系和大地坐标系中的动力学模型。以此模型为基础,设计了一个包含内控回路和外反馈回路的控制器,将其简化为解耦的线性系统,在引入偏执的比例微分控制后对两个正定阵的参数矩阵进行求解,得到了AUV系统控制方程。(4)为验证框架式AUV的可靠性和实用性,本项目以象山港大黄鱼养殖基地的若干深水网箱为主,进行了网衣的破损检测实验。首先对象山港养殖基的水流流速进行系统的测试,归纳出网箱养殖区域的潮汐和水流流速及海水能见度的相互关系,确定了AUV的最佳工作时间。在水质较好的涨潮和平潮时间,经过抗浪流实验和网衣识别度实验,在流速小于每秒0.4米的状态下,框架式AUV对深绿色大网孔网衣和黑色小网孔网衣均得到了清晰的水下网箱网衣图像信息;但在流速较大时,AUV在水下一定程度上失控,不能获得清晰地图像信息。实验结果表明AUV在低流速时可以完整、清晰的传回水下网衣的视频资料,并对不同大小规格和颜色的网目均能有较清晰的识别;对海流较大无法工作的情况提出了根据潮位确定装备的使用时间的解决方法。实验达到了预期效果,总体证明了装备的实用性和可靠性,解决了深水网箱推广过程中的一个关键性难题。最后,对系统的前景做出了讨论。