随着大量的水库大坝逐年老化,对水利枢纽建筑物进行检测越来越受到各界的重视。研究开发水下机器人,代替潜水员进行水下巡、检、诊、维等作业是当今水库大坝检测维护的重点工作。本课题针对消力池这一典型的水工结构泄水建筑物灵活运动和底板划定区域定点精细巡检作业的需求,设计具备水中浮游能力和底板连续爬行功能的水下巡检机器人。首先针对消力池底板检测作业的需求,设计机器人采用浮游-爬行式构型。基于模块化设计的思想进行机器人本体各功能模块的结构设计与仿真分析。采用八推进器六自由度方案设计水下浮游系统;设计履带底盘使机器人可在底板连续工作,基于作业水深对履带传动部分设计了动密封;针对消力池底板存在淤积和水质浑浊的问题,设计清淤装置和清水置换装置来进行底板的可视化检测;设计水下耐压主控箱并使用Workbench进行耐压性能的分析校核;阐述机器人控制系统方案。对机器人水下六自由度浮游运动进行动力学建模及水动力学特性分析。根据机器人本体结构特点,结合其受力情况进行模型的构建与简化,建立水下浮游运动的动力学模型。动力学模型需要恢复力及力矩向量、推力及推力矩向量、水阻尼矩阵、惯性矩阵。由机器人水下重力、浮力、推力得到恢复力及力矩向量、推力及推力矩向量;采用Fluent软件基于计算流体动力学(CFD)理论,数值计算得出六自由度运动的阻尼力和力矩,拟合水动力系数得出阻尼矩阵;采用动网格方法计算附加质量系数进而得到惯性矩阵。进行机器人水下爬行运动的动力学建模及仿真。基于力矩平衡原理对机器人水下平地行驶、上下斜坡等典型工况进行稳定性研究,得出浮心位置分布可行域。使用动力学软件RecurDyn进行典型工况下的机器人动力学仿真分析,机器人可以在水下平地直行、行驶上下15度斜坡和翻越50mm障碍物。最后进行实物实验。对关键部件进行耐压和密封性能测试,组装样机进行陆地和水下爬行性能实验,并且在某消力池底板现场作业。结果表明机器人密封耐压性能满足设计指标,达到设计的越障爬坡性能要求,现场作业采集得到了划定区域的底板图像。本文机器人的研发对水工结构建筑物的检测提供了新的思路,对进一步提高消力池底板的水下检测效率和精度具有参考价值。