锅炉机组是火力发电过程的核心装备,而水冷壁是影响火力发电效率和安全的关键因素之一。在锅炉运行的过程中,由于燃烧产生的灰渣会附着在水冷管道上从而形成结焦,造成局部吸热量减少,循环流速下降甚至停滞,易造成水冷壁管爆裂事故。目前对于水冷壁管道的检修多为人工作业,然而管道内光线昏暗,尘土较大,且管道检修属于高空作业,存在高空落物伤人及高空坠落的风险。履带式磁吸附爬壁机器人因其具有控制难度低、能搭载检测机构、复杂壁面适应能力强、可全向移动等优点,常被用作各种壁面检测和清洗装置的移动平台,给锅炉检修这项重要工作带来了新的变革创新契机。虽然爬壁机器人开发上取得了一定成果,但是受履带特性的影响,其面临以下难题:（1）移动精度差。机器人在前进过程中,由于没有导向装置,且控制系统提供的纠偏具有一定的延时性,因此不可避免的发生偏移。为了使检测机构能顺利完成单根管道的检测,需提出一种自适应纠偏的探头检测机构;（2）负重比小。由于吸附面为环形曲面,磁铁与壁面为线接触,为保证爬壁机器人的吸附稳定性,需要采用较大的强磁铁来提供吸附力,磁能利用率较低,且大大增加了爬壁机器人自身重量;（3）越障易倾覆。爬壁机器人在越障过程中,由于机器人前端翘起,部分磁铁脱离壁面,吸附力降低,且机器人重心偏离壁面,重力产生的重力矩增大,极易造成倾覆。因此,本文的主要研究内容为:（1）爬壁机器人的框架及管道探头检测机构的设计与优化:由于平稳可靠的移动机器人运载平台是保证检测元件对壁面环境进行有效检测的前提,因此设计一种能在壁面稳定运行的爬壁机器人框架,并对爬壁机器人在壁面运行过程中的匀速、加速及转弯进行力平衡分析。对所设计的探头检测机构进行力学分析,获得满足刚度需求的弹簧参数;（2）基于复杂曲面的磁极拓扑构型对磁力影响性分析:利用有限元仿真,设计不同的磁铁排布方式,对磁极方向、磁铁尺寸进行仿真,引入评价指标对磁极排布进行分析,获得结构紧凑且吸附力大的磁极拓扑阵列与尺寸参数,为后续结构的优化提供参考,实现爬壁机器人在水冷壁环境下的良好行走效果;（3）基于复杂曲面的抗倾覆机构设计与优化分析研究:保证爬壁机器人在壁面的基本行走能力及对壁面上存在的结焦和焊缝等障碍物的越障能力是爬壁机器人的设计首要目标,因此本课题基于爬壁机器人的倾覆机理提出了一种3R1P抗倾覆机构,增加了机器人的抗倾覆能力。