节能减排是构建社会主义和谐社会的重大举措，密排式锅炉管道的热能利用是节能减排的一条途径。该管道制造过程中，连接板与管道的焊接工作是一项耗时多、环境恶劣的任务。为提高焊接效率，实现辅助人工作业甚至代替人工操作的目标，针对锅炉管壁的几何形态，本论文提出了一种新型磁吸附爬壁机器人，该机器人可实现锅炉管壁上轴向和周向行走；为保证该爬壁机器人运动灵活性与运行安全性，进行了磁吸附模块的优化；在此基础上，研究爬壁机器人的运动和动力性能，最后基于虚拟样机技术对其模拟仿真分析。论文主要工作如下：首先，该爬壁机器人由行走运动机构，磁力吸附单元，变径适应机构，焊枪夹持机构等组成。针对密排式锅炉管道特有的几何结构，行走机构由周向和轴向行走机构组成。周向行走机构以链传动实现，链单元结构不但能实现与链轮啮合传动，沿管壁作周向运动，又能自适应于管壁作轴向从动。轴向行走机构包含驱动轮和驱动轮提升机构，其轮缘外廓可与烟道小管外壁拟合。为保证轴向驱动轮不干涉周向运动，设计了具有万向铰的轮提升机构。其次，本文机器人以磁吸附方式确保机体能附着于管壁工作，该吸附装置由分布式变磁力吸附单元构成，以同步齿形带驱动磁开关，实现磁力的改变，减小机器人能源消耗的目的。磁吸附支撑板由弹簧钢制成，以适应不同直径的烟道。建立磁吸附单元磁吸附力的数学模型，对磁吸附单元几何参数、气隙与磁吸附单元间的几何参数进行优化组合。利用有限元分析软件ANSYS对磁吸附单元的磁场分布进行仿真分析，确定磁吸附单元的几何参数和气隙；然后根据上面确定的参数，分析磁吸附单元中磁极与管壁不同角度磁吸附力的分布规律，为爬壁机器人的可变吸附力提供了理论依据。最后，分别对爬壁机器人轴向行走（轮式移动）和周向行走（履带式移动）进行运动学和动力学分析。建立了轴向行走时运动学和动力学模型，运用ADAMS完成轴向行走运动仿真，实现轴向行走的运动特性分析，其速度仿真曲线与理论模型相吻合；对周向行走进行动力学和运动学分析，分析运动时履带所受张力的分布情况和驱动力矩问题，建立了动力学模型。然后在确定驱动力矩的基础上，建立运动学模型，完成对其运动特性分析，最后运用多体动力学分析软件RECURDYN进行仿真分析，其驱动力矩曲线与理论公式相印证。理论模型和仿真分析结果，为以后爬壁机器人的运动学和动力学研究提供了一定的理论基础。