船舶行业自动化凭借高效作业的性能,可替代工人进行自动喷涂、除锈、清洗等作业方式。而爬壁机器人是未来船舶行业降低安全隐患,提高工作效率及低成本化的关键,也是推动我国产业结构升级的重点技术之一。目前国内外船用爬壁机器人存在吸附能力不足、负载能力差及驱动性能弱等问题。本论文在充分调研国内外相关研究的基础上,以实现机器人吸附可靠、行走灵活为设计目标,提出一种基于可调磁力吸附的船用多履带全向移动爬壁机器人。其中本文针对船舶行业,着重对机器人的全向履带机构优化和基于Halbach方型阵列的吸附机理等关键技术进行研究。主要研究内容如下:首先,完成了船用多履带全向移动爬壁机器人系统总体方案设计。行走机构采用全向履带行走方式,使机器人实现无需转向而无死角行走的功能;吸附机构采用在履带上安装磁轮以及在机器人底部安装Halbach方型阵列的复合吸附方式。此外,对船用多履带全向移动爬壁机器人的工作位姿进行了相关力学分析,并重点阐述了爬壁机器人全向移动机构和可变磁力吸附机构的结构设计。其次,针对机器人吸附能力不足等问题,提出一种基于Halbach方型阵列的新型可调磁力磁吸附单元的基本结构。新型磁吸附单元由Halbach方型阵列、适量软铁和滚珠丝杠组成,讨论并确定了适用于磁吸附单元的永磁材料和软磁材料;采用傅里叶级数法建立Halbach阵列数学模型,采用数值分析得出强弱磁面上的磁感应谐波,对不同磁路结构的吸附单元进行对比分析,并验证了Halbach方型阵列磁性能的优越性,为吸附装置的优化设计提供了理论基础。再次,对Halbach方型阵列-磁轮复合吸附机构进行磁力耦合分析及尺寸优化设计。通过数值模拟和有限元分析研究Halbach方型阵列各参数对磁吸附力的影响,并分析Halbach方型阵列和磁轮之间的耦合作用;进一步对磁轮的排列方式进行讨论,并基于多岛遗传算法对Halbach方型阵列的结构尺寸参数进行优化,得到了具有较高磁能利用率的磁吸附单元。最后,搭建机器人样机并进行试验。首先对Halbach方型阵列进行吸附力实测验证,然后在竖直钢板上完成机器人吸附性能测试;其次在船舶外壁面上测试机器人的行走能力,并通过收集电机驱动器实时输出电流值验证了机器人的行走性能。