微型水下航行器(Micro-UUV)不仅在海洋灾难营救、环境信息探测、海洋地理研究等民用领域发挥重要作用,更具有不可替代的军事应用价值。模仿水生生物研制的仿生无人水下航行器,具备或部分具备水生生物的形体和游动方式,具有推进效率高、噪声低、转弯灵活、机动性好等优点,是近年来学术界研究的热点。自然界中,一些体积较小的水生昆虫,如龙虱,进化出了独特的结构及运动模式,在机动性、隐蔽性、灵活性等方面具有超凡的优越性,是微型水下航行器研究极佳的仿生模本。本研究以尺寸较大的黄缘真龙虱为研究对象,分析了其构形及结构特点,研究了其在自由水环境中的运动特性,结合龙虱的关节联接机制,设计了一种结构简单的仿生划水推进机构,并对推进机构进行了运动学仿真。具体为:采用体视显微镜分析了黄缘真龙虱的生物表面特征,测量并统计了黄缘真龙虱胸足各关节长度与躯干长度之间的比值,F检验及T检验结果表明黄缘真龙虱身体结构左右对称,雌、雄黄缘真龙虱游泳足对应的各关节长度无显著性差异。搭建龙虱运动学测试平台,采用两台高速摄像机及三维运动图像解析系统(Simi Motion)研究了静水环境中自由运动的黄缘真龙虱的运动特性及关节运动学。龙虱在水下运动过程中前足及中足几乎不起推进作用,推进力主要由后足产生。分析发现,在直线及后退运动过程中,黄缘真龙虱采用两条后足同步对称运动的方式,转向运动中,两条后足不对称摆动,转动的方向由起主要推进作用的后足决定,转动角度由两条足的摆动幅度决定。黄缘真龙虱在运动过程中腿节角度变化范围最大,跗节各亚节间角度变化趋势一致且变化范围较小。应用X射线三维显微镜及Mimics图像重建软件研究了黄缘真龙虱游泳足各关节之间的联接机制,发现其多为转动副联接。根据龙虱的运动方式及关节间的联接机制,忽略前足及中足,将后足进行了简化,设计了单腿机构,并将单腿机构的三维模型导入ADAMS进行了运动仿真,对比仿真得到的腿部机构末端运动轨迹与生物试验获得的轨迹,结果显示两者具有高度的相似性,且机构的杆件之间不发生干涉等问题,从而验证了单腿机构设计的合理性与可行性。采用三维扫描仪及逆向工程软件建立龙虱生物模型,通过提取及优化生物模型躯干特征曲线,设计了仿龙虱流线型的躯干外形。基于龙虱身体结构对称的特点,设计了两腿对称布置的整机机构,通过CATIA建立整机的三维模型,并利用ADAMS软件对整机的可行性与合理性进行了验证。