大型球罐是石油、化工和机械等领域常见的存储容器,需要定期对内壁焊缝和表面进行清理、检测等作业。传统的人工作业劳动强度大、工作环境恶劣、工作效率低,具有较大的危险性。因此,研究球罐内壁作业机器人代替传统的人工作业,具有广阔的应用前景。依据机器人实际工作环境、内容和工作过程的具体特点,结合机械结构设计原则,设计机器人本体结构的主要性能指标参数,对机器人的吸附方式、运动方式和驱动系统进行合理的选择。提出一种用于球罐内壁作业的双足式爬壁机器人,该机器人采用并联机构构成腿机构,丝杠滑块驱动,可实现越障、沿壁面匀速运动、转弯等,适用于较大内径范围的球罐作业。并对该机器人传动机构、框架机构、腿部机构和转弯机构进行了详细的分析与设计。对球罐作业机器人腿部构件进行运动学分析与轨迹规划。建立球罐作业机器人腿部构件的数学模型,分析得出位置正解、逆解和速度、加速度方程。利用空间直角坐标系五次多项式法和Matlab软件,得到了各关节随时间变化的角度、角速度和角加速度的函数图像,确定了腿部机构末端的运动形式。进行吸附系统的力学特性分析。建立了机器人运动过程中的稳定平面,运用Matlab得到在不发生滑落和倾覆两种失稳状态的条件下,内壁与竖直方向的夹角和吸附力之间的关系函数图。最终确定了每个吸附单元的吸附力,保证机器人可靠的吸附在壁面上。基于ANSYS Workbench对机器人进行静态特性分析和优化。建立有限元模型,对机器人整体结构进行应力和变形分析,通过得到的云图分析可知,机器人的强度和刚度均满足要求,在此基础上进行多目标优化,使得机器人减轻了本体自重,运动更为灵活。通过对球罐作业机器人结构的设计优化、腿部构件和吸附系统的分析,确定了机器人整体结构模型,在此基础上制造了机器人样机。