随着社会经济的发展,生活、工业、军事等方面对高层壁面的作业要求越来越高,现在的爬壁机器人已经能够成功的应用于高层维护、清洗、焊接、侦察等对于人工来讲危险的作业,但是机器人的稳定吸附性能依然是爬壁机器人在壁面快速移动实现精准作业的一个难点。本文设计了一款带有弹簧调压装置的负压轮式爬壁机器人,整机由移动模块、弹簧调压装置、吸附系统三部分组成。机器人能够通过驱动摩擦轮与壁面间的摩擦力克服真空腔体与壁面间的摩擦力进行移动,同时分别对核心吸附系统的静态和动态进行力学建模分析,并且求解出静态和动态的安全吸附条件。为了能够实现稳定吸附控制,首先对机器人的运动学动力学进行分析,建立对应的运动学动力学微分方程,结合直流无刷电机的数学模型建立机器人的机电耦合动力学模型,之后分别对机器人的机电耦合模型和电机变化特性进行仿真,验证了所建立的机电耦合模型满足理论和实际要求。基于所建立的机电耦合模型对机器人的吸附系统刚柔耦合模型进行分析建模,确定吸附控制参数,结合实验所获得的大量真空气流实验数据进行吸附控制参数辨识,确定了移动速度对应的稳定流量微分方程。根据该微分方程设计了一种稳定吸附的双闭环控制策略,通过对该策略进行机电耦合仿真验证,之后采用粒子群算法对所设计的控制策略进行优化,提高了机器人在流量、压强、移动速度三个方面的响应速度。组装调试了负压轮式爬壁机器人样机并搭建了吸附测试平台进行试验验证,首先测试了机器人的运动性能,机器人具备灵活的机动性能,之后分别在竖直壁面测试了三种工况:竖直移动、横向移动、转弯移动下的稳定吸附性能,通过对比传统的PID算法,优化后的稳定吸附策略响应速度提高效果显著,最后对机器人的负载性能和不同壁面的吸附适应性进行了测试。通过理论和实验共同验证了所设计策略的有效性,能够提高爬壁机器人的稳定吸附性能,为爬壁机器人的广泛应用提供了参考。