船舶在航行过程中船体表面会附着贝类和藤壶等海生物,船体表面附着物的存在会对航行产生不利的影响。经过研究表明,海生物附着在船体表面会增加船体表面粗糙度,增大船舶航行阻力,增加了运输时间和运输油耗,造成经济损失。目前,潜水员用清洗枪对水下船体表面进行清洗是主要的方式。潜水作业劳动强度大,安全性低,清洗成本高,效率低且受天气影响大。为了解决上述问题,可代替人工的清洗爬壁机器人成为了热门研究方向。清洗爬壁机器人在船体表面作业时,除了要克服其自身重力、环境载荷外,还要保证在喷冲作业时,仍能稳定作业。因此,表面吸附能力是爬壁机器人设计中的重要性能之一,其性能好坏影响着机器人清洗作业时的稳定性、安全性和适用性。本文以面向水下船体表面清洗为目的,基于轮式清洗爬壁机器人应用,对机器人的吸附性能、水动力性能展开了相关研究,旨在为今后的水下船体表面清洗爬壁机器人设计研究打下基础。分别对现有国内外清洗爬壁机器人进行综述。从真空吸附、推力吸附和磁吸附三种吸附方式出发,介绍了国内外清洗爬壁机器人的发展现状以及相关的研究成果,探讨了清洗爬壁机器人当前存在的问题以及未来的发展趋势。针对船体表面清洗浮游与爬壁机器人所要实现的功能以及工作的实际环境特点,对船体表面清洗浮游与爬壁机器人开展了总体方案设计,对机器人进行了合理的结构设计并对关键结构进行强度校核。对水下移动单元、主要部套件进行设计和选型,并开展了总布置研究和稳性分析。保证机器人具备能够满足工作的各种能力,以达到船体表面清洗作业的良好效果。机器人的吸附装置采用永磁轮的形式,为了保证每个永磁轮具有足够的吸附能力。首先建立机器人整体分别处于水面上和水面下附壁时的静力学模型,针对机器人携带负载进行清洗工作时的不下滑和抗倾覆的能力进行静力学分析得到每个磁轮理论最小吸附力,为下文永磁轮尺寸优化设计提供理论依据。接着建立机器人整体分别处于水面上和水面下附壁时的动力学模型,针对机器人携带负载进行清洗工作时的不下滑和抗倾覆的能力进行动力学分析,得到机器人正常工作时驱动轮中单个电机所需驱动力矩,验证了前文中电机选型的合理性。以用于机器人提供吸附性能的永磁轮为研究对象,为了进一步优化永磁轮磁吸附效率,提出了一种改进的径向充磁磁路。针对改进的磁路进一步开展了磁轮主要尺度敏感性分析,选出了永磁轮模型的最佳尺寸,为所设计的永磁轮尺寸大小提供了理论依据。结合CFD计算的理论基础建立了机器人的数值计算模型,分别对机器人在水下运动的三种状态进行了水阻力的分析,得到了水流速度和水下阻力以及阻力系数的关系,验证了机器人在水下运动符合设计要求。