船舶工业的迅速发展促进了对船舶爬壁机器人的迫切需求,针对目前磁吸附式船舶爬壁清洗机器人易磁化船舶外壁面的问题和船用负压吸附机器人研究极少的现状,研究了主要以船舶吃水线以上壁面进行清洗任务的负压吸附式船舶爬壁机器人的关键技术,并研制了一台满足使用要求的样机。首先,对负压吸附式爬壁清洗机器人的工作要求和负压吸附原理进行了分析,建立了机器人在倾斜壁面上的静力学模型,分析了临界负压吸附力与吸附壁面内倾斜角度、机器人与吸附壁面摩擦因数之间的关系,得到临界负压吸附力最大时的壁面倾斜角度,而保持爬壁机器人与吸附壁面的摩擦因数在0.6以上有利于爬壁机器人对吸附壁面倾角和壁面摩擦状态的适应性;同时对单条履带和机器人进行了动力学建模和分析,为驱动系统的选择和控制提供了理论参考。其次,确定了离心式负压风机作为负压产生装置,气囊与发泡橡胶相结合的联合密封方式,分别对负压腔体、密封装置、履带行走和清洗装置等进行了结构的轻量化设计,使用ANSYS软件对腔体进行了结构仿真验证了结构设计的可靠性,对机器人安全防护绳索的力学分析表明可以实现绳索重量对机器人的较小影响。接着,使用ICEM-CFD软件对腔体流域进行了结构体网格划分,使用FLUENT对其进行了流体动力学仿真,分析了提供-5KPa和-10KPa吸附力下密封间隙高度对腔体内负压、密封装置所受压力和出口流速的影响,结果表明在负压风机能够在提供-5KPa到-10KPa负压力的情况下,密封间隙高度保持在0.5mm以下,负压风机提供0.9m~3/s以上的流速有利于机器人的壁面吸附,而密封装置会受到3-6KPa的较大压力。然后,设计了基于可编程逻辑控制器的负压吸附式爬壁清洗机器人的控制系统,采用嵌入式单片机进行传感器信号采集并与PLC通信,基于触摸屏设计了人机操作界面。选择PID算法进行爬壁机器人姿态的自动纠偏,结合不同的清洗情况分析了不同的路径规划方法的特点。最后,进行一系列负压吸附式爬壁清洗机器人实验,实验表明机器人在垂直的干壁面和湿壁具有较好的负载能力,并能够在倾斜的壁面上正常行走,还能够跨越至少5mm高的弧形障碍。