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世界各国都在尽力发展海洋资源探测技术，以期获得更多的海洋资源。UVMS(Underwater Vehicle and Manipulator System)因为体积较小、质量轻、运动灵活、投放和回收方便，可以完成多种形式的海洋探测任务，受到世界各国研究机构的重视。水下定点作业任务，是海洋探测中常见的任务方式，比如海底热泉的生物取样、底栖生物取样等，本文针对水下定点作业的UVMS运动控制所存在的问题以及解决方法展开研究。
对UVMS而言，考虑到其水下机器人本体和水下机械臂的不同的动态响应特性和耦合特性，本文采用分离式的解耦控制方法对UVMS系统进行控制，并根据系统动态响应特性，在水下定点作业过程中分配不同的作业任务。水下机器人主要负责携带水下机械臂从当前位置运动到目标位置完成水下定点作业任务，水下机械臂主要完成定点作业处的末端执行器的闭环控制任务。
本文首先搭建UVMS实验系统并进行相关的基础运动实验研究。根据实验现有的AUV(Autonomous Underwater Vehicle)进行改造，在其基础上搭载一个四自由度机械臂，并对AUV和水下机械臂配备相应的控制系统，搭建UVMS实验平台。在完成相关的调试和水密测试工作后，利用实验室水池对UVMS实验系统进行了的基础运动试验研究，为UVMS系统的仿真实验、未来的运动规划和海洋环境中的定点运动的实验研究提供前期的数据支撑。
其次，对AUV和水下机械臂的运动学进行分析，并依此得到UVMS整体运动学模型；依据相关原理，得到AUV和机械臂的动力学方程，考虑到水下机械臂的耦合作用，得到分离式的UVMS整体动力学方程，为后续运动控制方法研究奠定基础。
再次，针对水下定点作业过程中，UVMS遭遇高危地形(峡湾、礁群等)的水下机械臂关节控制问题，提出了基于关节空间的新型非奇异快速终端滑模的控制方法。针对定点作业处的末端执行器闭环控制问题，提出了基于任务空间的自适应迭代滑模控制方法，实现水下机械臂的关节控制和末端执行器的位置控制。最后依据Lyapunov定理和仿真实验结果证明了控制系统的稳定性和鲁棒性。
最后，针对在水下定点作业过程中的AUV三维空间的运动控制问题，提出了一种AUV误差受限抗扰控制方法。基于视线法和设定性能函数得到AUV的误差动力学方程，基于此方程设计AUV抗扰控制器，并通过Newton-Eular方程法估算机械臂对于AUV本体的耦合干扰并进行实时补偿，采用神经网络控制补偿AUV系统的结构性不确定性，自适应控制补偿神经网络估计误差，非结构性不确定性和机械臂耦合干扰的补偿误差。利用Lyapunov定理证明所设计控制系统的稳定性，通过水下机械臂静止状态下的仿真实验验证AUV抗扰控制器的有效性，将AUV抗扰控制器和水下机械臂任务空间控制器有机整合，通过仿真实验验证UVMS在水下定点作业状态下的运动控制方法的有效性和可行性。
对UVMS而言，考虑到其水下机器人本体和水下机械臂的不同的动态响应特性和耦合特性，本文采用分离式的解耦控制方法对UVMS系统进行控制，并根据系统动态响应特性，在水下定点作业过程中分配不同的作业任务。水下机器人主要负责携带水下机械臂从当前位置运动到目标位置完成水下定点作业任务，水下机械臂主要完成定点作业处的末端执行器的闭环控制任务。
本文首先搭建UVMS实验系统并进行相关的基础运动实验研究。根据实验现有的AUV(Autonomous Underwater Vehicle)进行改造，在其基础上搭载一个四自由度机械臂，并对AUV和水下机械臂配备相应的控制系统，搭建UVMS实验平台。在完成相关的调试和水密测试工作后，利用实验室水池对UVMS实验系统进行了的基础运动试验研究，为UVMS系统的仿真实验、未来的运动规划和海洋环境中的定点运动的实验研究提供前期的数据支撑。
其次，对AUV和水下机械臂的运动学进行分析，并依此得到UVMS整体运动学模型；依据相关原理，得到AUV和机械臂的动力学方程，考虑到水下机械臂的耦合作用，得到分离式的UVMS整体动力学方程，为后续运动控制方法研究奠定基础。
再次，针对水下定点作业过程中，UVMS遭遇高危地形(峡湾、礁群等)的水下机械臂关节控制问题，提出了基于关节空间的新型非奇异快速终端滑模的控制方法。针对定点作业处的末端执行器闭环控制问题，提出了基于任务空间的自适应迭代滑模控制方法，实现水下机械臂的关节控制和末端执行器的位置控制。最后依据Lyapunov定理和仿真实验结果证明了控制系统的稳定性和鲁棒性。
最后，针对在水下定点作业过程中的AUV三维空间的运动控制问题，提出了一种AUV误差受限抗扰控制方法。基于视线法和设定性能函数得到AUV的误差动力学方程，基于此方程设计AUV抗扰控制器，并通过Newton-Eular方程法估算机械臂对于AUV本体的耦合干扰并进行实时补偿，采用神经网络控制补偿AUV系统的结构性不确定性，自适应控制补偿神经网络估计误差，非结构性不确定性和机械臂耦合干扰的补偿误差。利用Lyapunov定理证明所设计控制系统的稳定性，通过水下机械臂静止状态下的仿真实验验证AUV抗扰控制器的有效性，将AUV抗扰控制器和水下机械臂任务空间控制器有机整合，通过仿真实验验证UVMS在水下定点作业状态下的运动控制方法的有效性和可行性。