为解决高凝点、高含蜡石油原油运输的困难,热媒炉被使用于原油输送过程中。由于热媒炉内燃烧过程造成结焦、积尘,需要定期清扫以保证传热过程的换热效率。目前主要依靠工人进入炉膛内部手工清扫和吹灰除尘以完成热媒炉的定期清理。工作环境恶劣、清灰效率低、劳动强度大、严重影响清扫工人的身体健康。结合实际站场工作的需求,提出利用管壁机器人自动爬行的设想完成热媒炉内的清灰任务。本论文主要开展爬壁清灰机器人各部分的设计与分析,主要研究内容如下:根据国内外机器人及壁面移动机器人技术的发展及应用状况,结合站场热媒炉自身特点并加以研究分析,提出利用附带清灰除尘刷的四轮吸附式管壁爬行机器人完成热媒炉内的清灰除尘任务。并从各方面进行分析,确定了机器人本体的基本结构及方案,并对各个部分机械结构设计加以完善。对清灰除尘机构、控制部分以及供电部分加以研究,完成机器人整体结构设计,并绘制出各个机械零件的加工图。通过ANSYS软件将机器人吸附部分的磁吸轮分别进行二维和三维有限元分析,得出磁吸轮磁场分布状况以及计算出磁吸轮对管壁的吸附力。并经有限元优化设计获得磁吸轮结构最优解,以及模拟机器人的工作情况,获得机器人在实际条件下的工作能力。基于拉格朗日(Lagrange)方程建立机器人系统的动力学方程并联合虚位移原理求解方程,通过牛顿力学建立静力学方程联合动力学方程求解机器人各部分的力学特性,为机器人能够在管壁上可靠行走提供理论依据。对研究室设计的各种热媒炉清灰机器人分别进行测试以及现场清扫等实验,并对各自实验结果加以分析研究,为四轮吸附式机器人的设计提供参考依据和现实意义。