目前，我国石油化工储罐的除锈、喷漆和检测等维护作业通常采用人工方式完成，工作效率低且具有危险性。爬壁机器人能够代替人工完成上述维护工作，但其常采用的接触式永磁吸附方式会影响其越障作业。为此，针对具有越障能力的轮腿式爬壁机器人，提出一种提高其永磁吸附装置吸附能力的设计与优化方法。首先，基于轮腿式爬壁机器人的越障原理以及永磁吸附原理，提出了4种非接触式永磁吸附装置设计方案，并利用Ansoft Maxwell软件对永磁吸附装置进行了二维静态磁场仿真分析，获得了其最优结构。然后，通过受力分析确定了影响永磁吸附装置磁吸附力的结构参数。最后，基于控制变量法原理，通过仿真分析了永磁吸附装置和钢制壁面的结构参数对磁吸附力的影响，并确定了各结构参数的最优值。结果表明：当钢制壁面半径为5~7 m时，相邻永磁吸附单元间隙及永磁吸附单元数量对磁吸附力的影响较大；当相邻永磁吸附单元间隙为2~4 mm及永磁吸附单元数量为3~5个时，磁吸附力利用率较高。一定条件下的实验验证了优化结果的准确性，优化后永磁吸附装置磁吸附力的实测值比仿真值平均约高16.45%，其可有效保证轮腿式爬壁机器人在石油化工储罐等的钢制壁面上稳定运动。研究结果可为磁吸附装置的结构设计与优化提供参考。