两栖生物具备在陆地、水下及其过渡地带的运动能力,拥有良好的环境适应性,将其运动性能应用于仿生机器人研究对于探索海洋未知环境和丰富水下机器人推进技术具有重要意义和实用价值。浅滩环境长期受水流侵蚀和泥沙堆积作用,底栖和浮游生物大量繁殖,其独特的两栖环境使传统水下机器人的应用受到限制,而生物鳍或水翼的推进模式具有往复性,可以摆脱植物缠绕且推进性能优越,可为两栖仿生机器人的研究提供借鉴。本文通过介绍仿生水下机器人及生物自主游动仿真和实验研究的发展现状,选择典型的两栖浅滩生物海蟹作为研究对象,根据仿生学观测研制了仿海蟹机器人样机,建立了游泳桨水动力学模型并规划双桨游动步态,在此基础上分析了各步态的动力学性能,利用CFD法对仿海蟹机器人进行了自主游动仿真,最后搭建了测试平台开展自主游动实验研究,力求完善仿海蟹机器人游泳桨推进技术。设计了仿海蟹机器人本体结构和控制系统。通过观测海蟹各部分生理结构并提取游泳足和步行足主要旋转关节运动,设计了五连杆结构步行足和三自由度游泳桨,确定了机身纵横比,开展了双桨运动学建模和工作空间分析。规划了机器人控制系统布局并对整机进行三维建模,进而求解机器人质心位置和转动惯量。对仿海蟹机器人进行了动力学建模和分析。规划了游泳桨关节运动规律,基于切片理论建立单桨动力学模型,从速度攻角和翼尖轨迹角度规划了双桨升力模式同步步态、交错步态和阻力模式同步步态参数,针对桨拍动的周期性,对三种步态进行了分阶段动力学分析,对比了各步态产生的运动效果。最后建立了整机游动动力学方程,为自主游动仿真提供编程基础。对仿海蟹机器人自主游动进行了仿真分析。首先确定自主游动流域及网格类型,检验网格收敛性。借助Fluent软件开展了机器人直航水动力性能研究,通过改变游泳桨拍动幅值和频率参数,分析其对游动速度、加速度、推进力、效率及斯特劳哈尔数的影响,对比分析了机器人到达预定游速的不同方法。其次对上述三种步态下直航自主游动的流场结构和游动性能进行了分析。最后仿真了幅值差动转弯自主游动,分析了差动值对转弯半径、角速度和效率的影响。开展了仿海蟹机器人自主游动实验研究。参照仿真模型研制了仿海蟹机器人样机,构建了机器人控制系统硬件结构,搭建了自主游动实验平台,开展了直航和转弯游动实验,最终确定了游泳桨最佳运动参数和机器人在各步态下的运动规律,验证了理论和仿真分析的正确性,实现了机器人高效高机动性自主游动。