随着科技的进步和社会的迅猛发展,世界各国对油气资源的需求量也越来越大。海洋平台水下导管架是水下油气资源开发过程中的重要设施,导管架平台是目前世界上使用最多的一种平台,无论从设计理论还是从建造技术来衡量,它都是一种最成熟和最通用的平台形式。导管架所处的海洋环境极其复杂恶劣,长期受到各种随机载荷的作用以及海生物的侵蚀,提高海洋平台的安全性和耐用性越来越重要。本课题来源于中海油能源发展油田建设工程公司课题“水下钢结构清洗机器人”。传统的导管架清洗和检测是由潜水员完成的,工作效率低,而且安全性较差。本课题研究目的是为了提高清洗水下导管架的效率,并能代替传统人工完成清洗工作,把水下机器人技术应用到对水下导管架清洗工作上,研究出能够自主清洗水下钢结构的清洗机械设备,对水下导管架进行安全有效的清洗与维护。本文对水下导管架清洗技术以及清洗机器人的国内外发展现状进行综述,介绍空化水射流清洗技术。综合国内外相关发展成果以及技术手段,结合课题要求,提出水下钢结构清洗机器人的总体研究方案,提出技术指标,确定工作原理。对机器人各模块进行方案分析,并对清洗机器人的控制方案进行设计。根据机器人要实现的功能,首先对机器人的机械结构进行详细设计,具体包括吸附机构、清洗系统和辅助夹持系统等。为了确保机器人能在导管架表面稳定有效的完成清洗工作,分别对清洗机器人在水下静止和工作状态下分别进行力学分析。在机械结构设计的基础上,对清洗机器人的运动特性进行研究。建立机器人的D-H坐标及运动学方程,对清洗机械臂进行正逆运动学分析;基于蒙特卡罗法对双清洗机械臂的工作空间进行分析并做出改进;对四自由度清洗机械臂以及机器人工作过程进行仿真分析。最后根据机器人的工作特点及控制需求,对清洗机器人的控制系统进行研究,确定清洗机器人控制系统总体架构,它由监控系统和机载系统组成。监控系统主要是监测机器人的运行状态,在必要的时候操作人员也可以通过它控制机器人运行,应用Lab VIEW编写监控软件的人机交互界面。