轮船在长时间航行后,船体表面会附着大量海生物,阻碍航行,影响美观。传统解决方法是进行人工定期清理,由人工打磨除去船体表面的海生物和铁锈,以及采用人工手持高压水枪清洗,耗时费力,存在极大的HSE隐患,科学家研究出船体爬壁机器人来代替人工对附着物的清洗。本文对国内外船体清洗机器人及相关技术上进行了研究分析,提出了一种安装简易、方便携带的船体清洗机器人。根据船体清洗机器人能适应水上和水下两种工作模式,运用模块化方法确定了船体清洗机器人总体方案,包括机器人机构的整体设计和控制系统的整体设计;并对机器人吸附方式、行走方式以及清洗方式进行了研究选型。在整体机构设计的基础上,对船体清洗机器人的结构进行详细设计;针对其行走及作业的特点,分析清洗机器人在不同静止状态下抗倾覆性能,运用动力学建模分析电机输出转矩,对电机与减速器进行选型;利用Ansoft Maxwell软件分析单个磁吸附单元的磁场强度,并对其进行优化;采用基于响应面的多目标优化方法和非支配排序遗传算法对清洗机器人进行多目标优化设计,以满足清洗机器人的高强度、轻量化。喷嘴是清洗机器人清洗装置的关键部件,其性能好坏对机器人清洗效果有较大影响,对比常规高压射流喷嘴与自激振荡脉冲射流喷嘴,设计相同入口直径与喷嘴长度,利用Fluent对比两个喷嘴的空化性能,包括内流场的压力、速度、气相体积分布、涡量比较,并判断外界因素包括注射压力与喷射距离对射流冲击特性的影响。对清洗机器人进行水动力性能分析,分析船体清洗机器人在水平、竖直等状态下所受的阻力。最后,对船体清洗机器人控制系统的进行设计。根据控制系统的整体方案,以STM32作为主控制器,利用Altium Designer软件设计电源与通信模块电路,并完成上位机界面与下位机软件设计。运用卡尔曼滤波算法预测清洗机器人在船身上的运动状态,与功能样机进行实验对比;采用生物激励神经网络与蚁群算法相融合,对清洗机器人在船体壁面上进行遍历路径规划。