多年来,小管径工程管道的管内检测、防腐及维护等作业一直受限于管道机器人驱动技术的落后而难以自动进行,其主要原因在于人们还没有打破传统管道机器人单驱动截面、三支撑径向定位思维定式的限制,致使狭小管内空间的小管径管道机器人的驱动轮直径很小,这就严重影响了这种管道机器人的驱动性能,限制了这种机器人的理论研究与实际应用。本文在机器人技术与系统国家重点实验室自主课题基金项目支持下,针对小直径管道的特定环境,设计了一种新型小管径工程管道机器人,从理论上对其驱动性能进行了分析,并进行了仿真验证。提出了几种适合小管径管道机器人的驱动方案,通过对比各方案的优缺点及可行性,得到了新型轮式驱动方案形式,并设计了具有这种驱动形式的管道机器人。对所设计的管道机器人的管径适应性、越障性能、直管和弯管的拖动力、弯管通过时的功率损失进行了理论分析,建立了管道机器人直管拖动、直管越障、弯管拖动的力学分析模型,推导出了拖动力和预紧力的关系公式,给出了一种弯管运动时的机体姿态分析方法。依据理论分析结果,对这种管道机器人的关键尺寸进行了优化设计。完成了新型轮式小管径工程管道机器人的结构设计,使用有限元软件对关键零部件进行了刚度与强度校核分析。利用三维造型软件,建立了新型轮式小管径工程管道机器人的三维模型。建立了小管径管道机器人的仿真模型和几种简单的仿真管道,通过对管道机器人的输出拖动力、越障性能及通过弯管时的姿态变化仿真分析,验证了本文理论推导及所建立的相应数学模型的正确性,同时也验证了本文所提出驱动方案在小管径工程管道机器人上应用的可行性,为这种管道内机器人技术的进一步研究奠定了基础。