近几年,随着国家政策的制定,人类对海洋的探索和开发越来越频繁,以满足对海洋资源的日益需求。传统的海洋开发过程大都依靠人工以及各种远程操控水下航行器(ROV)或者自主式水下航行器(AUV),人工开发过程中,存在安全性差、范围小、成本高等问题,依靠ROV或者AUV开发也存在着范围小、成本高、效率低等问题,使用多个水下机器人协同编队对海洋开发可以有效的弥补上述的不足。目前多机器人协同编队主要应用在地面机器人,由于水下环境比地面环境复杂,很少有人将其应用在水下环境。本课题为了解决这些应用问题,设计了小型灵活水下航行器,并相应地搭建样机,进行理论建模,开展实验研究。本文提出了一种基于领航-跟随模型的水下机器人编队的方案。对机器人编队的特点和在水下机器人上应用时出现的问题进行调研,开展了水下机器人编队的需求分析,包括单个水下机器人的功能要求,编队保持的运动特性要求,视觉定位的性能要求,基于此,设计了水下机器人编队的总体方案,包括单体机器人的系统组成,机器人编队的运动学控制和视觉定位等方案。根据总体方案的设计结果,开展了水下机器人平台方案设计,单体水下机器人的运动学和动力学分析,在此基础上完成了领航-跟随模型的水下机器人编队的运动学模型。对水下机器人编队模型的动态误差模型引入线性反馈调节,获得跟随者水下机器人的运动学和动力学控制器,通过matlab仿真验证了该控制器的可行性,对多个机器人编队引入图论进行描述,分析并研究了典型的两种编队队形。由编队的需求在设计的视觉平台上完成视觉拼接功能,获得较大的观察视野。之后完成视觉相对定位和绝对定位的算法。最后,本文设计并搭建了三台样机平台,在样机平台上完成相应的程序和人工交互界面,进行了领航-跟随编队实验,对视觉平台的视野范围以及定位精度进行了评估。