水下结构物由于受浪流冲刷和水生物侵蚀而容易在表面产生损伤,需要进行定期检测和维护,为了提高检修效率,常用水下机器人替代潜水员进行相关作业。目前可使用遥控无人潜水器或水下爬壁机器人进行操作,但都各有局限性,前者面临在动态浪流环境下长时间悬停稳定的控制问题,后者面临越障困难的问题。为了解决上述困境,论文提出一种双模作业水下机器人的新思路,使机器人同时具备游动和爬壁能力,在水下结构物工作点附近切换姿态后吸附至壁面进行爬行和作业,若遇到难以翻越的障碍时直接从壁面脱离切换至游动状态,巡游至下一工作点重新吸附后进行爬壁作业。为此,本文主要开展水下吸附原理、流体力学仿真、机械结构设计、软硬件系统开发、姿态调节控制等方面的研究,对提高水下机器人作业效率具有重要意义。论文首先选用一种同时具备推进和非接触式吸附功能的水下伯努利吸附方法,对其原理展开研究,通过实验方式验证其性能。在此基础上,开展机器人系统方案和机械结构的设计。论文根据所建立的三维模型,推导机器人的数学模型,通过Fluent仿真求解关联水动力系数,从而建立控制方程。为保障吸附可靠性,研究了波浪和水流对机体产生的影响,进而分析机器人在壁面上的稳定吸附条件。论文针对所设计的目标功能,完成底层驱动程序和上层控制系统的开发,实现位姿控制量解算。将推导得到的控制模型降阶,解耦各姿态控制通道后,使用积分钳制PID方式实现大姿态角变换以满足模式切换需求,通过Simulink仿真验证控制模型的准确性,并获得系统控制参数。根据理论研究内容,完成了机器人样机系统的搭建。为确保控制方案的可行性,分别于实验室水池环境和水库大坝现场环境进行了功能验证和性能测试。实验结果表明,所研发的水下双模作业机器人系统能够满足设定的功能需求,达到预期设计目标。