进入21世纪以来，为了满足日益增长的认识、开发海洋的需要和保卫海洋权益的更高要求，一种新型的水下运行器--水下机器人（或称潜器）得到了快速发展。水下机器人属于技术密集高、系统复杂的高科技领域。它所表现出的优越性、高效益和巨大潜力，引起了世界许多国家的关注与重视。由于海洋勘察任务复杂多变，水下实施作业各不相同，所以使得水下机器人的机械构造、机动原理和使用目的多种多样。本论文着重讨论了一种对基于矢量喷水推进系统的新型球形水下机器人的研究与开发，它具有高灵活性和高机动性。首先根据设计理念对水下机器人的机械与电路结构进行详细阐述。在机械结构方面，对机器人的外形选择做了比较选取，对各组件进行了完善的防水处理，通过分散质量来优化结构的运动稳定性，并且给出两层构架的电路系统以满足对机器人的控制需求。另一方面，推进系统是研究水下机器人最关键的因素之一。推进系统的性能好坏取决于推进器的实际建模及其精确性，工作时要使每个推进器都能改变其推力方向。首先用参数识别的方法对单个推进器进行2D建模实验与校正实验。然后将模型从2D扩展到三维空间中，给出由三个喷水推进器组成的水下推进系统的矢量3D模型。然后针对推导的动力学方程中的各项参数进行计算求取，理论与实验相结合分析，得出机器人的附加质量和水动力阻力系数等参数，从而最终建立起了一个实际的球形水下机器人六自由度动力学模型。根据球形机器人的实际结构特点，对此动力学模型进行必要的简化。经过验证实验，可以看出这个3D建模在所有推进器同时工作时是准确可靠的，实验数据与仿真结果的匹配度很高，其差量率足以符合该球形水下机器人的正常工作条件。最后，采用PID控制器对机器人的基本水下运动进行试验操作，评估球形水下机器人的运动特性，得出仿真与实验结果，对误差进行了讨论和分析。通过几组水下实验，验证了该球形水下机器人的设计是可行的，其运动稳定性也得到了完善，说明此方案具有可持续研究的价值。