前言

海洋表面积占地球表面积的71%，其中蕴藏着大量的生物资源、化学资源、矿产资源和空间资源等，尤其是深海区域独特的生存环境和能量供给方式衍生出多种多样的生态系统和大量的特殊生物群落，为生物多样性和生命起源的研究提供了新思路。因此，海洋被誉为人类的资源宝库。随着技术的不断进步，各国正通过各种先进的途径探索和开发海洋，其中水下机器人作为重要的智能海洋装备，在人类认识和开发海洋的过程中承担着重要的角色，并展现出其研究价值和发展前景。

著者20多年来一直致力于深海智能装备及关键技术的研发，先后主持和参与了国家“863”计划和国家重点研发计划课题7项（2003AA401003、2006AA04Z232、2009AA093302、2010AA094001-0102、2011AA09A101-01-02、2012AA091201-02、2020YFC1521704）、国家自然科学基金项目2项（61273334、51439004）、省部级项目4项（14DZ1205500、15DZ1207000、2019RC260、ZDKJ202016），以及部队和三亚市科技工业信息化局课题多项，截至目前累计培养研究生25人。本书著者团队在海南省重大科技计划专项、海南省自然科学基金和三亚市院地科技合作项目的共同资助下，在国内率先开展了自主式深海着陆车的研发及关键技术攻关，并结合所指导的多位研究生的研究工作及相关成果，最终整理编撰了此书。在此，感谢资助本书内容研究的海南省科学技术厅、三亚市科技工业信息化局及参与项目研究的老师和研究生同学，感谢国家出版基金对本书出版的资助，感谢中国船舶集团有限公司第七〇二研究所副所长、“蛟龙号”载人潜水器首席潜航员和“奋斗者号”总设计师叶聪研究员在百忙之中为本书作序。

本书共八章。第一章介绍了海洋研究的意义、挑战和海洋探测装备的发展现状，结合新时代深海科研的特殊需求，阐述了对深海探测装备未来发展的几点思考；第二章从水下机器人设计入手，分别介绍了自主式深海着陆车结构设计、稳定性分析、能源与动力、电控系统设计，以及系统集成与测试等内容；第三章介绍了计算流体力学理论与外形优化设计方法，并结合深海着陆车开展了水动力性能分析和外形优化设计；第四章介绍了水下机器人基本的运动规律，并对深海着陆车潜浮与着底过程的运动进行了分析与研究；第五章分析了深海着陆车爬行运动特性规律，并对其黑箱运动建模方法进行了研究；第六章介绍了基本的路径规划和深海环境信息获取方法，并针对深海着陆车分别进行了基于平坦和起伏海底的路径规划研究；第七章介绍了几种典型跟踪控制方法和控制器参数自整定方法，并开展了深海着陆车路径规划与跟踪控制研究；第八章结合深海着陆车工作特点和作业能力，分析深海着陆车潜在的应用价值，并对深海着陆车未来的发展趋势进行了展望。

全书由郭威、孙洪鸣和周悦负责统筹、规划、编写和修订，并由项目团队成员共同参与撰写。本书第一章由郭威、孙洪鸣和徐高飞整理、撰写，第二章由郭威、孙宇、兰彦军、魏振卓、高森、孙洪鸣和符一凡整理、撰写，第三章由张子尧和孙宇整理、撰写，第四章由孙洪鸣和徐高飞整理、撰写，第五章由孙洪鸣和兰彦军整理、撰写，第六章由潘作栋、吴凯和周悦整理、撰写，第七章由孙洪鸣、周球、魏振卓和高森整理、撰写，第八章由徐高飞和高岩整理、撰写。另外，中国科学院深海科学与工程研究所及上海海洋大学的多位老师和研究生为本书的修订做了大量工作，在此表示感谢。

本书可作为高等院校和科研院所水下机器人科研工作者的参考书籍，也可作为海洋工程、机械电子工程和自动化等相关专业的本科生、研究生学习和课题研究的参考教材，同时，也可为从事深海智能装备设计与研究的工程技术人员提供参考依据。

由于著者水平有限，且自主式深海着陆车作为一种新型海底自主移动科考平台，其相关研究工作还需继续完善与推进，因此本书的编撰难免存在不妥和疏漏之处，恳请广大读者批评指正。

著者
2023年6月于三亚