微小型水下机器人在便携性、经济性、隐身性等方面具备独特的优势,在军民领域均具有广泛的应用前景。水下机器人系统一般包含众多学科,而传统的串行设计模式中,各学科被孤立,整体性较差,因此,本文的目的是针对传统设计模式的缺点,通过多学科优化设计方法完成微小型水下机器人的总体设计,其中,主要运用的方法包括以下几个方面:（1）采用传统串行设计方法初步设计机器人整体结构并确定设计指标,进行水下机器人主要设备选型,建立水下机器人运动学数学模型,并完成水下机器人的阻力、结构、能源、操纵、推进和总布置等学科的数学建模。（2）对同时分析与设计方法（All at Once,AAO）优化框架进行改进,通过引入可分层的全局变量,消除了一致性约束,之后采用基于最优拉丁超立方的试验设计方法的响应面近似模型代替各学科数学模型,基于近似模型,在改进的AAO框架下,通过NSGA-Ⅱ算法和Hooke-Jeeves算法构成的组合优化算法对微小型水下机器人展开多学科优化,并得到多学科优化的可行解。（3）基于多学科优化得到的可行解,引入改进的层次分析法作为性能评估方法,其对比较矩阵中的元素比较方式进行改进,并选取Sigmoid函数作为评价函数,最后采用改进层次分析法得到微小型水下机器人的最终方案。（4）基于最终方案并结合实际情况,进行机器人的详细设计,并依据设计结果进行仿真验证,包括基于starccm+软件进行的阻力仿真、基于patran软件进行的耐压舱结构强度校核和基于python软件的机器人操纵性仿真。通过上述方法,完成微小型水下机器人的多学科优化设计,优化及仿真结果表明,优化后的机器人满足设计指标,且采用的多学科优化设计方法具备正确性,并且与传统的串行设计方法相比具备优越性。