储罐作为最重要的石化设备之一,在石化行业中的应用非常广泛。国家规定,需要定期对储罐罐壁进行检测,以判断是否能继续投入使用,而目前的检测手段基本为人工搭建脚手架的方式,耗时长,且容易对工人的安全造成隐患;因此研制出经济高效的自动检测爬壁机器人替代人工手段应用于储罐检测中具有很高的实用价值。本文对爬壁机器人本体结构及控制系统进行设计,成功研制出机器人样机;并对其运动学、动力学特性及路径规划等关键技术展开研究。具体研究内容如下:1.提出爬壁机器人的总体设计目标,比较其各功能模块(吸附模块、运动模块、驱动模块及检测模块)现行方案的优缺点以确定样机的基本功能方案;根据确定的样机基本功能方案设计机器人本体结构并进行机械加工;在机械结构的基础上搭建机器人的控制系统并确定电机转速控制方式。2.建立爬壁机器人运动学模型,推导其驱动轮转速与转弯半径的关系,为机器人姿态闭环控制算法的设计提供基础;分析爬壁机器人在壁面做匀速直线(竖直直线及水平直线)运动及匀速转弯(大半径转弯及小半径转弯)运动的受力情况及电机功耗;结合具体尺寸参数对比分析不同运动下爬壁机器人电机的功率耗情况,从功耗的角度为路径规划提供基础。3.结合爬壁机器人漏检面积及能量消耗提出一种基于栅格地图的矩形分解全遍历路径规划算法;首先从漏检面积及能量消耗角度确定机器人的遍历基本路径;然后采用栅格法建立环境模型,通过矩形分解法将建立的环境模型划分为多个子区域;其次确定各子区域的便利顺并依次遍历,在遍历子区域的过程中,对机器人陷入死区的情况,提出路径选择函数以使机器人能尽快逃离死区完成遍历;最后在Matlab中对该全遍历路径规划算法进行仿真研究,仿真结果表明该算法不仅能引导爬壁机器人以高覆盖率和低重复率遍历工作区域而且能快速地逃离死区。本文在上述研究基础上,成功研制出了储罐缺陷检测爬壁机器人样机;并以此样机为载体,进行机器人功率消耗和路径规划算法实验研究,证明机器人样机吸附性能好、运动稳定可靠、遍历路径重复率低且遍历效率高等优点,大幅提高了储罐缺陷检测效率。