随着经济的发展与科技的进步,机器人逐步活跃在人类生活的方方面面。作为水下探测、深海作业的利器,水下机器人也得到了快速的发展。复杂的水下环境和施工要求促进了不同类型水下机器人的产生,不仅有可以进行浅水检测并运用到娱乐教学等方面的小型水下机器人,还有可以在深海作业施工的中大型水下机器人以及可以搭载人类的进行科学研究的载人型水下机器人。本文结合自身能力和课题组的项目要求,调研了国内外水下机器人的发展现状,提出了多功能小型水下机器人的概念,它具备水中游动和水底及垂直壁面前行的功能,并开展了整机开发及其水动力学性能分析。结构是机器人的骨架,好的结构设计不仅方便后期的加工和改造,还可以提高水下机器人的运动性能。因为水下机器人对速度性能要求不高,所以选择框架式的结构设计。结构设计过程中,我们完成了零部件的选择、性能的考量、尺寸的确定和布置位置的设计,并利用三维软件CATIA完成了水下机器人总体的结构设计。控制系统是水下机器人的核心,多功能水下机器人的系统主要分为两个部分,ROV(Remotely Operated Vehicle)主体控制和履带式移动底盘的控制。ROV主体控制选择了一款目前广泛使用的无人机控制系统,对运动核心推进器完成了性能的选择和数量的确定。通过对比不同的布置方式对水下机器人运动性能的影响,确定了横向和竖向各布置四个推进器的布置方式。履带式移动底盘的控制较为简单,首先根据具体的工况确定移动底盘电机的基本参数,以便选择合适的电机,然后通过独立编程来控制两个电机实现水下机器人前进、后退、左转和右转的功能。从结构设计到系统搭建,完成组装的样机需要对整体的性能进行验证。通过岸上的测试和水下的试航实验,多功能水下机器人性能达到了最初的设计要求,完全满足100米以内的水下检测任务。同时多功能水下机器人实验的完成也为后面浮体的设计提供了帮助。在对多功能水下机器人水动力学性能研究过程中,利用Fluent完成机器人水下直航时周围流场的分析,发现传统的方形浮体设计给水下机器人带来了较大的阻力,极大的影响了水下机器人的运动性能和控制稳定性。通过重新设计浮体的外形并对比改进前后流场的变化,发现流线型的浮体外形减小了水下机器人受到的阻力大小,改善了水下机器人的周围流场,提高了水下机器人的运动性能。