随着海洋经济在国民经济中地位的不断攀升,海洋实力成为综合国力角逐的重要领域,我国也提出了海洋强国的发展战略,以提升我国在海洋的综合实力。在此背景下,水下自主机器人（AUV）凭借其灵活性、自主性成为了研究的热点。随着技术和经济的不断发展,为提高劳动效率,AUV除了被广泛的应用于国防和大型工程项目外,也开始更频繁地被应用于水利监测等工程领域和水产养殖等普通商用、民用领域。但是AUV研发需要的试验条件不完善、试验成本高等问题,以及AUV关键技术融合度高、难度大等挑战制约了AUV朝着成熟化、市场化的方向发展。为了解决上述问题,本文设计一种小型AUV的耐压舱结构,并进行结构的多目标优化分析、流体仿真分析和AUV的路径规划这三大关键技术的研究,为AUV整体的设计与研究提供参考。（1）本文选用强度较高,密度小、浮力好的新型材料,以轻巧便携、密封性良好、便于拆装和高性价比为目标,对耐压舱结构进行设计。基于大型耐压舱常用的强度计算理论“薄壳理论”和稳定性计算,得到了耐压舱壁厚的参考值。建立了AUV的三维模型,进行了强度和稳定性分析,力学分析结果显示借鉴大型耐压舱设计理论得到的小型耐压舱结构的力学性能满足要求,且存在较大余量,需要进一步优化。（2）耐压舱结构的合理性直接影响着AUV的整体性能,因此耐压舱结构优化十分必要。为了缩短研发周期,克服试验环境不完善的问题,本文基于响应面优化方法和遗传算法对耐压舱进行快速多目标优化分析,得到优化结构尺寸,并且进行了静力学分析。结果表明在具有足够强度和稳定性的前提下,实现了轻量化,节约材料,提高AUV的机动性。（3）流体计算与分析可为AUV结构、运动、能量的研究提供帮助。为了提高效率,得到有效的数据,本文基于Fluent对耐压舱进行计算流体力学分析（CFD）,得到不同速度、雷诺数对应的各项阻力值。通过matlab进行数据拟合,构造了航速与阻力之间的数学模型。结合耐压舱表面的动压力和速度分布云图,解释了水阻力形成的主要原因,为结构的进一步优化提供了理论支持。在AUV以最大航速直航的工况下,对耐压舱进行流固耦合分析,得到受流体载荷作用时耐压舱的变形量和应力分布情况,进一步验证了耐压舱优化设计结果的可靠性。（4）路径规划是AUV智能化的核心,本文为解决传统蚁群算法在AUV路径规划中常出现的算法收敛速度慢,易陷入局部最优的问题,提出了基于初始信息素的差异性分配、以距离和目标为导向的启发函数、全局-局部信息素更新方式和动态衰减的挥发因子的改进算法。分别对改进前后的算法在简单和复杂的栅格环境中进行仿真试验,仿真结果表明改进算法能够有效提高收敛速度,缩短最优路径的长度,防止算法陷入局部最优;减少AUV的航行的转折次数,有助于提高AUV的避障效果和运动稳定性。