水下机器人是人类认识海洋、开发海洋和利用海洋的主要工具,未来的一个重要发展方向是实现多水下机器人的信息交互和自主协同作业,克服载人深潜器工作时间短、工作范围小的缺点。为此,本文对具有控制、通信、定位等功能的水下机器人实验平台系统进行了设计,并对实验系统中水下机器人的定位精度和路径规划进行了研究,主要研究工作如下:首先,设计了具有无线通信功能的水下机器人实验平台系统。该系统主要包括以下两部分:(1)基于STM32F4核心板辅助无线通信模块、深度计、姿态传感器以及三螺旋桨等的小型AUV水下机器人的设计;(2)基于CamShift目标跟踪的视觉全局定位算法的设计。该实验平台系统初步具备了全局视觉的水平定位、姿态获取、运动轨迹显示、水下机器人与上位机的信息交互等基本功能。其次,考虑水下复杂的环境对姿态角的稳定和精度要求较高,设计了水下机器人多传感器融合的姿态解算方法。算法以磁力计HMC5883L和惯性传感器MPU6050为解算原件,利用梯度下降法和四元数龙格库塔法获取两组互补的四元数;进一步利用自适应Kalman滤波修正磁力计和加速度计的四元数以及陀螺仪偏差,并通过两个模糊控制块对观测噪声进行估计和调节,从而得到高精度且稳定的姿态角。最后,针对路径规划中蚁群算法初期收敛性慢以及极易局部最优的问题,提出了改进的蚁群算法。首先利用人工势场法中的人工势场力以及启发信息,改善蚁群算法初期的随机性和盲目性;然后利用蚁群算法全局搜索机制以及极佳的正反馈作用,提高算法的收敛性,引导水下机器人快速实现最优路径规划;最终,验证实验平台和提出的路径规划算法的有效性。