随着管道服役年限增加,管道失效情况严重。管壁的腐蚀、漏洞、穿孔等失效形式,会造成管内介质外泄,引发安全事故,故需要对管道进行定期巡检。采用管道机器人新技术可以有效克服传统检测手段中作业困难、效率低、成本高等问题。现有管道机器人管径适应范围小,爬坡能力较弱,运动方式单一,运行效率低。针对以上问题,设计一种可以变化运动方式的管道机器人。论文主要研究内容如下:首先,结合机器人的工况环境,得出设计需求;对机器人的移动、驱动和支撑方式进行研究,组合创新后设计出机器人的总体方案。从支撑、驱动机构和功能控制模块三部分,对其进行了结构设计,对关键零部件进行了受力分析、设计计算与校核,对电机及电磁离合器等标准件进行计算选型,使用Soild Works软件建立了机器人总体模型。机器人创新点在于具有多种运动方式,可以通过改变运动方式提高其运行效率,具有很强的适用性。其次,对机器人的过弯特性、运动和驱动特性三个方面进行研究。建立机器人过弯时的尺寸约束模型和运动模型,得出其顺利过弯时的尺寸约束条件和各驱动轮速比关系。基于运动学坐标变化原理,得出不同运动方式的轨迹方程与运动规律,通过MATLAB软件求解方程,得到了理想的轨迹曲线。对驱动轮进行受力分析,得出姿态角与各驱动轮受力之间的关系,同时对影响其驱动性能的因素进行分析,结果表明,预紧力与机器人牵引力成正比关系,驱动轮偏转角度与机器人牵引力成反比关系。对机器人工作特性的分析,理论上说明了机器人整体方案的可行性与合理性。然后,基于ADAMS软件,建立了机器人仿真模型。对其不同运动方式下的管道通过性、运行速度和牵引能力进行运动学及动力学仿真,得到的机器人仿真轨迹、运动规律、牵引力及速度变化规律与理论分析结果一致。通过对仿真结果分析,验证了机器人结构设计的合理性与可行性。最后,通过物理样机实验,对机器人的管道通过性、适应性、牵引能力和运行速度进行测试。结果表明,实验结果与仿真结果基本一致,机器人的设计满足预期的设计要求,为相关机器人领域的控制、仿真与应用提供一定参考。