随着全球经济的发展，陆地上的资源面临着匮乏的困境，越来越多的国家将资源开发的目标转移到海洋，在党的十八大上也提出我国应该“提高海洋资源开发能力”以及“建设海洋强国”，水下装备尤其是水下机器人的应用前景越来越广泛。水下机器人中的遥控水下机器人具有操作灵活、运行可靠的特点，在资源开发、管道检测等多个领域有众多应用。为了适应复杂的水下环境，完成精细的水下作业任务，先进的水下机器人控制系统必不可少。因此，研制水下机器人并对水下机器人的控制系统进行研究有重要的意义。
　　在这种背景下，本课题开发了一型遥控水下机器人，在此硬件基础上基于Ardupilot设计了水下机器人控制系统并对水下机器人控制系统使用的关键技术进行了研究，本文主要完成了水下机器人六自由度建模、水下机器人硬件系统设计、水下机器人软件系统设计以及水下机器人的仿真和水池试验四项工作。在设计通信拓扑结构时利用系统发现机制增强了通信系统的灵活性性和可扩展性，在进行视频流处理时将不同功能整合进同一个视频处理观道节省了监控站计算资源，在仿真试验时使用上位机软件与Gazebo模型联合仿真可同时验证监控站软件功能和控制算法实现，提高水池试验时的效率。
　　首先，提出遥控水下机器人的设计目标，依据设计目标进行了水下机器人的外形结构和推进器布置设计。接着依据Fossen的理论建立了水下机器人的六自由度模型，然后分别以经验公式、计算流体力学技术和最小二乘法分别给出了水下机器人六自由度模型中的附加质量、阻尼系数和推力系数。
　　其次，依据水下机器人的设计目标和工作方式开展了水下机器人的硬件系统的设计和搭建工作。完成水下机器人支撑结构、密封结构等结构设计，根据通信系统特点对通信系统进行设计，对控制器和传感器进行选型。
　　接着，在水下机器人硬件系统的基础上对水下机器人的软件系统进行了设计。对软件需求进行分析，根据需求分析对软件系统的整体架构进行设计。对Ardupilot的软件架构、软件调度、消息处理、运行模式四个方面进行了研究，为了适应本课题的需求在Ardupilot软件的基础上对其消息处理和运行模式进行扩展。对通信接口库中的通信拓扑结构、应用层通信协议MAVLink、消息处理和数据存储模块、线程同步与互斥问题进行了详细的阐述。对监控站软件中软件界面、视频流和闭环控制部分的设计实现进行了详细的说明。
　　最后，对设计的水下机器人的控制系统通过仿真试验和水池试验两种方式分别进行试验测试。借助ROS和Gazebo搭建了水下机器人的仿真环境，仿真环境使用了水下机器人的六自由度模型及其模型参数。在仿真环境中对控制系统的功能以及控制效果进行了试验。在水池环境中对水下机器人进行了单项测试和综合测试。两组试验均表明设计的水下机器人控制系统可以达到设计目标。水池试验完成后还将水池综合测试中的控制试验的结果与仿真控制试验的结果进行了对比，分析了两者的差距和产生差距的原因。