人类与水下有关的活动绝大部分是发生在水深小于50米的浅水域,利用水下机器人在浅水域进行勘察探测活动具有广阔的应用前景。国内外现有的水下机器人多为大型化的产品,使用的便捷性、动作的灵活性都受到一定的限制。因此,小型实用化的水下机器人必将成为水下探测应用的新宠。同时,其运动控制算法的实用性、可靠性也是研究的热点。本文分析了水下机器人各种推进器布局方式,基于经济性、实用性出发,提出了开架式水下机器人的系统设计方案。采用两个水平矢量推进器,一个垂直矢量推进器的布局方式,设计了水下机器人机械本体。还设计了具备导电滑环的脐带缆绞盘,保证了水下机器人在使用过程中实时收放的便捷。本文对水下机器人的上下位控制系统进行了详细设计,选用的RS485分布式总线作为整个系统构架,详细制定了通信协议及数据链格式,研制出基于PC的上位机控制系统和以TI公司的DSP TMS320LF2407A为主控芯片的下位机模块化控制器,使整套系统具有可扩展性。本文对水下机器人的控制算法进行了深入研究,提出了基于非线性跟踪微分器的自适应模糊控制算法,并将其应用在水下机器人的深度控制当中；对于水下机器人的航向控制,本文针对具有两个水平推进器一个垂直推进器布局的水下机器人的特点,创造性地提出了航向控制过程中引入补偿的必要性,并详细设计了航向补偿控制算法。最后,本文研制出了一套水下机器人样机及实验系统,对其水下观测效果以及所提出的控制算法在设计的下位控制器上的实现效果进行了实验研究。结果表明所提控制算法能够有效完成水下机器人的深度及航向控制,并且具备良好的抗干扰能力。