本论文通过对水下机器人航行控制技术现状的广泛研究及其发展趋势的深入分析，确定把小型水下机器人自主航行技术作为研究对象。 论文中对水下机器人的外形结构及空间布局进行了优化与组合，介绍了水下机器人各系统模块的组成及功能。并在此基础上深入分析了水下机器人在水下运动中的受力情况，建立了水下机器人空间六自由度运动的一般方程。根据水下机器人航行控制系统的硬件要求，选择了CAN总线作为水下机器人航行控制系统的控制总线，并设计了总线上的各路硬件接口，制定了CAN应用层协议，明确了水下机器人的通信方式，为水下机器人自主航行的实现提供了软硬件支持。 本论文重点在通过对已有控制算法的研究及改进，提出了非线性自适应滑模控制的基本模型，并设计了水下机器人自主航行控制系统。对水下机器人的纵向运动控制、横向运动控制、深度控制及航速控制等做了深入细致的研究，确定了非线性自适应滑模控制中的自适应参数。通过MATLAB软件对水下机器人的航行姿态进行了仿真，并通过水池试验，验证了本论文设计的水下机器人自主航行控制系统的可行性。 通过本课题的研究，论文最后在总结本课题的基础上提出了一种新型水下机器人的设计方案，并从理论上论证了这种新型水下机器人的可行性，同时指出了待解决的问题，为水下机器人的进一步研究做了新的探索。