储罐是石化行业日常生产中必不可少的重要基础设施,在使用过程中由于受到潮湿空气与残留油品的污染,内外壁会产生锈蚀。为了提高储罐的使用寿命,减少泄漏、爆炸等事故发生率,需定期对其进行除锈防腐作业。传统人工喷砂除锈不仅对自然环境与工人健康危害巨大,而且存在劳动强度大、施工周期长、安全性差等问题。爬壁机器人代替人工,水射流取代喷砂的除锈工艺是储罐防腐发展的必然趋势。但爬壁机器人在对储罐实施水射流除锈时普遍存在适应能力弱、负载小、灵活性差、作业面单一等问题。为解决这些问题,本文设计了一种轮式永磁吸附爬壁机器人。主要研究内容与创新成果如下:1.针对储罐对机器人的约束,基于模块化设计,从轮式悬磁机构、从动轮机构、机械臂模块与整机密封等四个方面入手,建立了爬壁机器人机械系统模型;依据机器人不失稳对吸附力的要求,基于磁电选矿学,设计了一种磁极拼装式弧形永磁吸附机构,建立了磁场数值计算模型。采用控制变量法,完成了永磁体结构参数与磁极耦合方式的优化设计,经试验验证了吸附力与吸附间隙的关系。2.依据水射流反作用力模型,基于静力学,完成了机器人失稳与越障的力学模型分析,得到了机器人任意位姿下不失稳对吸附力的要求以及机器人越障性能与车体结构参数的关系;利用仿真曲线图表明了车体结构参数对机器人不失稳所需吸附力临界值的影响,为车体结构优化提供了依据。3.运用非顺心转向模型,完成了机器人移动平台的运动学模型分析,获得了机器人运动学方程。应用D-H法构建了机器人机械臂连杆坐标系,得到了机械臂的位姿变换矩阵与运动学逆解。基于牛顿-欧拉法,建立了爬壁机器人直线与转弯的动力学模型,对转弯半径与车体结构参数对转弯灵活系数的影响展开了研究。4.制造了爬壁机器人样机,搭建了测试平台,对爬壁机器人的运动灵活性、负载性能、越障性能进行了一系列的综合测试;爬壁机器人在储罐现场进行了水射流除锈试验,在造船厂开展了水加砂除锈试验。试验结果表明:爬壁机器人结构工艺合理,理论分析正确,除锈效果良好,可担任储罐的水射流除锈作业。