本发明的一种微小型水下机器人多学科优化设计方法，所述优化设计方法包括以下步骤：步骤一、分别建立各学科的数学模型和机器人整体的运动学模型；步骤二、完成微小型水下机器人的多学科优化，引入带有可分层的全局变量，在改进的AAO框架下，构建各学科的基于试验设计的近似模型，在isight软件平台下完成优化，并得到微小型水下机器人多学科优化的可行解；步骤三、对多学科优化得到的可行解展开性能评估，在改进的层次分析法下完成机器人的性能评估并从中得到最终方案；步骤四、完成微小型水下机器人的三维建模，进行关于机器人的仿真验证。本发明解决了传统的串行设计模式中整体性较差的问题，同时也解决了现有AAO算法存在的问题。