柔性机械臂具有多自由度、可以实现多方向弯曲以及布置灵活等显著优点,在工业中有广泛的用途。本文针对排水管道检测机器人和清淤机器人的需求,研制了电机-钢丝绳驱动的机械弹簧式柔性臂及摆动气缸驱动的复合软管式柔性臂,应用力学理论分析了两种机械柔性臂的弯曲特性,通过了实验验证并成功应用于排水管道检测与清淤机器人。本论文主要做了以下工作:建立两种柔性臂的弯曲静态模型并进行实验验证。通过力学分析,建立了弹簧在弯矩作用下,变形角度与弹簧结构参数以及材料性能的关系,导出了钢丝弹簧与PVC复合软管在摆动气缸力矩作用下,弯曲角度与钢丝线径、软管直径和壁厚的关系;搭建了弯曲特性实验装置,测试了两种柔性机械臂的弯曲特性。弹簧式柔性臂弯曲刚度随弯曲角度增大而减小,弹簧高度及驱动钢丝绳的导向位置对弯曲特性都有较大影响;和弹簧相比,复合软管弯曲时具有更好的线性。将机械弹簧式柔性臂的可弯曲特性应用于管道检测机器人的图像采集装置,实现了摄像头任意方向的弯曲,弯曲角度可大于90°,扩大了管道检测机器人的视野;将复合软管式柔性臂应用于清淤机器人中的吸泥管摆动装置,吸泥口摆动范围扩大到±50°。对整个机器人系统设计了基于RTU的机器人运动控制系统,完成相关硬件选型及模块设计,利用Altium Designer绘制电路接线图;采用Labview设计了排水管道机器人控制界面,实现了对排水管道机器人的远程控制。应用柔性机械臂的管道检测机器人和管道清淤机器人都在现场试验中取得成功,基于弹簧的摄像头在水上和水下均可受控任意调整位姿,对贴近壁面观测管道损伤起到重要作用。基于复合软管的清淤机器人淤泥吸取系统,其清理范围显著扩大,提高了清淤质量与效率。