磁粉检测为大型压力容器表面无损检测的主要手段之一。针对磁粉无损检测中的要求,需要对检测的焊缝及热影响区域进行去油脂、铁锈、氧化皮或其他粘附磁粉物质的处理。目前主要采取人工搭建脚手架,手持角磨机完成打磨工作。人工作业存在着危险性高、耗时长、效率低等缺点。因此,研究开发大型压力容器爬壁打磨机器人具有较高的工程应用价值。从打磨工艺研究出发,根据需求研究制定了爬壁打磨机器人的总体方案,设计了机器人结构和控制系统,完成了样机的制造和试验。本文的主要工作和成果如下:(1)通过实验研究了大型压力容器壁面打磨工艺。在机器人打磨过程中,其必会受到壁面给予的反向作用力,这些作用力是机器人设计的关键参数之一。通过分析,得到了磨具类型的影响因素和磨削过程中的影响因素。利用万能拉压试验机平台,通过实验获得机器人打磨头的旋转速度,正压力,进给速度等参数的合理数值。(2)设计了爬壁打磨机器人的方案和结构。分析并制定爬壁打磨机器人的基本需求、功能需求、性能需求,建立针对不同需求的功能原理模型,选择合适的功能原理解,将不同的功能原理组合为整体结构方案。为减轻机器人重量,提出了一系列轻巧新颖的结构设计,包括一种同一平面内的两自由度的移动机构;一种打磨头升降减震机构;一种基于Halbach理论的永磁轮结构等。(3)对基于Halbach理论的永磁轮结构进行了仿真优化,并通过实验验证了理论分析的准确性。通过有限元研究了磁轮轭铁厚度、极对数、轴向和周向磁化单元比例等若干因素对吸附力的影响,设计了两组实验,分别测试磁轮吸附力周向变化状况和空气隙对磁轮吸附的影响。在验证了分析结果的准确性基础上,基于多岛遗传优化算法对磁轮结构参数进行了全局优化分析。(4)完成了爬壁机器人样机制作和性能测试。采用AT89S52单片机的设计了爬壁打磨机器人控制系统,完成了爬壁打磨机器人的制造以及机器人试验设备的制造。对机器人的爬行承载能力、直行能力和打磨性能等关键参数和性能进行了测试,均满足设计的功能和性能指标。本课题的研究与压力容器安全检测的工程实际相结合,设计了一种平面两自由度移动结构,打磨头升降减震结构。提出了一种特殊的磁吸附轮结构,并通过有限元对其进行了优化。整合机器人机械结构和控制系统,制造了实验样机,并进行了性能测试。本课题研究成果对提高压力容器检测效率以及安全性等方面具有较高的工程应用价值。