随着石化产业的快速发展,大型压力容器应用越来越广。根据规范要求,在役容器需要定期进行检测,以确保其安全运行。当前,在役容器定期检测需要停止运行设备,在罐体内外搭建脚手架,由人工操作无损探伤设备完成。由于受工作条件及环境限制,检验人员工作量大,检测效率低、危险性高。因此,开发研制出满足于现场条件的自动检测系统代替人工检测,具有十分重要的现实意义。本文在对国内外爬壁和检测机器人的研究现状进行归纳和总结的基础上,提出了一种适用于大型球罐磁粉检测的新型壁面检测机器人结构的设计方案,并且通过理论计算和仿真分析对机器人关键功能结构进行了优化,并在其基础上展开了球罐磁吸附爬壁检测机器人的研究,其主要研究内容如下：(1)研究磁吸附履带式爬壁检测机器人的整体结构,实现携带检测部件在大型球罐表面平稳可靠地运动,并完成检测任务。(2)通过对Halbach永磁阵列结构参数的研究分析,建立了磁吸附单元的优化设计目标(最大吸附力与吸附单元重量比)和约束条件。基于实验数据验证了有限元模型和方法,结合Isight软件和仿真分析进行了磁吸附单元的优化,大幅度提高了永磁体的磁能利用率。(3)根据大型球罐磁粉检测的需求分析和磁粉检测原理,设计了磁粉检测的各个功能模块,包括磁化模块、喷磁模块、缺陷标记模块、摄像模块。(4)基于履带式爬壁机器人的运动机理分析,对履带式爬壁机器人的动态受力与驱动平衡进行了深入的研究,并结合数值仿真分析,得到了爬壁机器人在运动过程中其驱动系统所需满足的条件。(5)研制了履带式爬壁机器人样机,并进行运动性能实验研究。