新世纪以来,海洋工程装备产业进入了迅猛发展时期,全球范围内大量的海洋工程装备和设施正在建造和投入使用。海洋环境所具备的强腐蚀性是海洋工程必须面对的一个关键技术问题。为保证这些海洋工程装备能够正常运行,无论是初始建造阶段的喷涂防锈还是之后的定期检查和除锈,多年来,这些任务是都是由人工完成的。因此本文针对海洋工程装备设计一种可以提高工作效率并改善工作条件,进而取代人工脚手架作业的、环保的大型立面维护机器人。在分析国内外现有的爬壁机器人技术研究的基础上,提出了大型立面维护机器人的设计指标,据此完成机器人永磁吸附单元结构及两种磁路的设计、自适应双履带行走机构的设计和清刷喷涂系统的设计,最后分析机器人的吸附稳定性,并计算出吸附单元的最小许用吸附力。为了提高机器人的负载自重比,对设计的两种磁路结构进行结构参数优化设计。首先对吸附单元建立吸附力求解模型,使用有限元分析得到影响两种磁路结构吸附力大小的最关键因素,最后分别利用等体积法和粒子群算法进行多参数优化设计,并比较两者的优略,得出两种磁路最优的结构参数。针对大型立面维护机器人的工作方式和作业特点,设计了机器人的完整控制系统方案。根据对机器人的各项性能要求,在硬件方面,对控制器、放大器、传感器和人机交互触摸屏进行选型,并针对机器人的应用场景设计了整个控制系统的电源方案;对机器人伺服控制技术进行研究,建立阀控马达调速模型并进行仿真分析;完成人机交互触摸屏和PLC的软件设计开发。对优化前后的四种吸附单元进行真实吸附力试验和气隙对吸附力的影响试验,对比分析试验与仿真之间的异同,分析产生差异的原因,验证优化后吸附单元的可用性;对采用新型控制系统的第一代爬壁机器人进行运动性能试验和密封性能试验,验证机器人的实际运动性能指标和密封性能指标。