随着国内石化行业的不断发展,大型立式储油罐应用越来越广泛。根据石化行业标准与要求,为保证储油罐处于安全运行状态,需要定期进行容积检验。目前的检测手段,大多由人工操作移动径向偏差测量仪完成。由于受储油罐环境和工作条件制约,工作人员工作量大,检测效率低、危险系数高。因此,为减轻人工繁杂作业,开发适用于储油罐现场环境并具有负载能力的爬壁机器人,具有十分重要的现实意义。本文通过对国内外现有爬壁机器人的运动方式以及爬壁方式的特点进行分析和总结的基础上,提出了一种适用于大型立式储油罐外壁检测的新型永磁轮式爬壁机器人结构的设计方案。首先进行机械本体设计和控制系统搭建,确定爬壁机器人的吸附、行走和驱动方案。然后对爬壁机器人进行了静力学,运动学和动力学建模,得到临界条件下对磁吸附力的极限要求,使用Maxwell软件对吸附磁回路各参数与吸附力之间关系进行了仿真分析,从而确定吸附机构的尺寸,并通过实验装置验证吸附力与仿真值结果。接着基于Maxwell和Workbench进行磁固耦合,对模型进行静力学分析和预应力模态仿真分析。为了达到轻量化目的,对底板进行多目标遗传算法优化。最后利用动力学仿真软件ADAMS与控制仿真软件Matlab/Simulink之间的接口进行机电一体化联合仿真。通过双闭环PID控制,使模型具有良好的控制精度和响应速度,另外针对模型在壁面直线和转弯阶段,模型转矩以及侧向力参数变化进行了仿真分析,仿真结果表明所选择的电机额定转矩能够满足爬壁机器人在壁面运行需求。