随着人类对海洋开发的步伐不断加快,海洋牧场网箱养殖已经代替了传统的网箱养殖,以多功能小型水下机器人打造的海洋牧场网箱养殖管理系统,可实现一体化软件和硬件设备的有效集成,形成强大的分析报告,减少人为的工作错误,开展水下机器人的研究对海洋牧场的建设具有重大作用。本文针对目前水下机器人中存在的普遍问题,重点开展了面向海洋牧场网箱养鱼的水下机器人系统研究,明确了本文的研究意义。首先,本文确定了系统的总体方案,以开架式的形体结构作为水下机器人的外架,建立参考坐标系和运动坐标系,运用四元素来描述水下机器人的运动姿态,并设计了水下机器人混合式的体系结构。其次,本文对系统硬件部分进行了选型和电路设计,并且在硬件电路的基础上,分别对各模块进行了软件设计,同时采用Qt设计了水下机器人操纵监控系统上位机,并给出了前面板的介绍和相关通信协议。再次,本文研究了水下机器人姿态融合和运动控制算法,运用了一种基于互补滤波和Mahony滤波的融合算法对水下机器人的运动姿态进行解算,分别运用了单环PID算法、串级双环PID算法对水下机器人进行定深和姿态控制,并且进行了Matlab仿真实验,为水下机器人的运动控制提供了理论依据。最后,本文对水下机器人进行了测试实验,先对部分模块进行测试,然后对整个系统进行水下测试,实验表明上位机可以操纵水下机器人完成水下运动,并将水下信息传送到上位机,基本满足了设计要求。