随着对海洋资源的开发和全球贸易的迅速发展,各个国家对大型船舶的使用越来越多,随之而来的是船体清刷行业的迅速发展,其中与船坞清刷相比,水下机器人清刷因其诸多方面的优势,越来越受到人们的关注。因此,本文针对船体表面清刷机器人结构和控制等方面进行研究创新,设计开发新型水下液压式船体表面清刷机器人。在对现有的船体表面清刷机器人技术进行研究的基础上,在双履带、永磁吸附和液压动力的整体方案下,设计开发液压式船体表面清刷机器人,包括本体结构、清刷系统、供应保障系统和控制系统。结合工况特点和参数要求,对机器人各结构模块进行设计,并对自制件进行轻量化设计和仿真优化。针对机器人不同工况位姿,对机器人的吸附状况进行力学模型建模,通过静力学和动力学研究以确定磁吸附单元的最终磁吸附力。通过分析清刷机器人的运动规律,建立清刷机器人直线曲线运动方程。根据运动方程,对船体表面清刷机器人的定位预测模型进行建模;根据各个传感器的工作原理和定位要求,对各个传感器的机器人定位观测模型或障碍物定位观测模型进行建模;根据定位需求,提出一种两级多传感器信息融合模型,一级卡尔曼滤波融合算法实现清刷机器人自定位,在此基础上,二级加权平均融合算法完善障碍物定位模型,来解决障碍物定位中多传感器对同一障碍物进行检测时定位模型建立问题。最终通过仿真实验分析验证信息融合模型性能。根据液压式船体表面清刷机器人控制系统要求进行控制系统设计,包括控制系统总体设计,对控制器、编码器、高清摄像头、姿态传感器、障碍物传感器等的选型,以及各个硬件接口设计;根据具体作业要求,设计机器人控制系统上位机软件和下位机软件程序;最后对清刷机器人工程样机进行制造,并根据作业环境设计机器人的性能实验,验证研制样机的各项性能是否满足指标要求。本样机的研制对未来船体表面机器人的研究提供了技术和理论支持,完善了清刷机器人的研究体系,本研究意义重大。