随着人类对海洋开发需求的日益增加，水下作业机器人在水下考古、海底地质取样、海产品捕获、水下救援等应用领域扮演着越来越重要的角色。本文以实现仿生推进水下作业机器人的自主运动控制为目标，从仿生推进水下作业机器人的系统设计、水下自主避障、抗扰目标趋近以及自主搜索与作业等方面展开研究，论文主要内容如下：

一、针对水下作业任务，根据鱼类尾鳍推进模式和中间鳍推进模式，提出了仿生蹼推进和仿生波动鳍推进两种仿生推进水下作业机器人的系统设计方案。首先，给出了仿生推进机构、四自由度机械臂和控制舱等硬件系统的设计。其次，构建了仿生推进水下作业机器人的软件控制系统，优化了上下层的通信协议，并为水下作业机器人设计了多种运动模态。最后，通过水下实验对两款仿生推进水下作业机器人的有效性和可靠性进行了验证。

二、针对动态环境下水下作业机器人的自主避障控制问题，提出了一种基于模糊势场和反正切滑模控制器的避障控制方法。首先，构建了基于模糊推理优化的吸引势场函数和引入期望位置的排斥势场函数，实现水下作业机器人的避障路径规划。其次，设计了一种基于反正切函数的滑模面，减少水下作业机器人系统状态沿滑模面的运动时间。然后，构建了控制器输出与仿生推进器控制参数之间的映射模型。最后，开展了水下动态避障自主控制实验，验证了所提方法的有效性。

三、针对扰动环境下水下作业机器人的目标趋近与作业问题，提出了一种基于高阶扰动观测器和混合趋近律的抗扰目标趋近控制方法。首先，改进了高阶扰动观测器的设计，解决传统高阶观测器的输出抖振问题。其次，设计了一种具有混合趋近律的快速终端滑模控制器，减少水下作业机器人系统状态趋近到滑模面的时间，并在控制回路中对观测的外部扰动和机械臂运动的扰动进行前馈补偿。最后，开展了扰动环境下的水下作业机器人目标趋近与作业实验，验证了所提方法的有效性。

四、针对海产品的自主搜索与抓取问题，提出了一种基于自适应模型预测技术的定深巡游与姿态控制方法。首先，设计了一种具有自适应状态权值矩阵的模型预测控制器，提升水下作业机器人的系统响应速度，稳定其定深巡游中的俯仰姿态和滚转姿态。其次，在代价函数的设计中，考虑了相邻两次控制输入的幅值变化和水下作业机器人的物理约束条件，保证控制输出的平稳性和可行性。最后，开展了水下作业机器人自主搜索与抓取实验，验证了所提方法的有效性。