随着人类的脚步不断深入海洋世界,水下机器人在人类探索水下世界的过程中得到了特殊的应用。其中缆控水下机器人(ROV)以其突出的优势日益引起人们的关注,在传统的军事、科考等领域和现代的水产渔业、水下搜救、水下测绘、休闲娱乐等行业都能看到它们的身影。本文基于前人成功的水下机器人设计经验,设计了一款主要用于水下监测的具有高机动性的小型ROV。小型观测级ROV能完成水下观察、测量、检测等工作,与潜水员等其他水下作业方式相比,具有安全、经济、更大深度和更高效率的优点。而具有高机动性是ROV安全航行并充分发挥其性能的保障。根据ROV的性能参数指标,对ROV的艇体形状和关键零部件进行了详细的设计,确定了ROV基本外形以及各部件的结构形式、使用的材料和密封方式等。并通过理论计算和使用有限元分析软件ANSYS对ROV的主要机械部件进行了强度校核和稳定性分析。参照潜艇的运动方程,建立了ROV空间六自由度运动的数学模型,并对ROV受到的各类力和力矩就行了详细的分析。根据设计的ROV模型,利用计算机流体力学软件FLUENT仿真模拟了ROV的定常与非定常运动,求解得到相应的水动力系数共48个。为建立精确的ROV动力学模型奠定了基础。搭建了一个ROV运动仿真平台,分别对ROV的运动稳定性和水平面及垂直面机动性进行了评价和仿真分析。仿真结果表明本文设计的ROV,水平面和垂直面都具有较好的机动性。设计了ROV的控制系统,并完成了实物的装配。开展了ROV的功能性实验,结果表明,ROV能够根据控制终端的指令完成进退、回转、潜浮等基本运动以及水下摄像等操作,并具有良好的机动性。