在港珠澳大桥建造过程中使用了钢箱梁结构,其中钢箱梁结构中的U型肋板结构为梯形管道,经过一段时间后,不可避免的出现了管道的老化、腐蚀、裂缝和外部损害等问题。由于空间狭小,工作人员无法直接观察到钢箱梁内部的情况,因此根据管道所处环境以及要求的工况设计出专门从事于管道内探测检修的机器人尤为重要,相比于人工探测,使用机器人可以极大的节省成本,而且效率更高。针对于钢箱梁梯形管道的结构,本文通过阅读最近几年的国内外文献,结合管内机器人研究现状,设计出一种针对于探测梯形管道的管内机器人,梯形管管内机器人可以适应梯形管道的工况,完成探测功能。本文首先根据梯形管道的特点和机器人运动的工况进行了机器人整体结构设计,将管内机器人整体结构分别为驱动机构、变径结构、连接单元和随动单元。其中管内机器人驱动机构采用电机直接驱动;变径结构分为上下支撑机构和侧翼变径机构,上下支撑机构采用弹簧被动变径方案,通过选用合适的弹簧和预紧力增加对管道的适应性,控制简单且稳定;侧翼变径机构采用弹簧连杆被动变径和主动凸轮变径相结合,当机器人处于水平管道时直接采用被动支撑方案,当机器人处于倾斜管道时,可通过步进电机驱动凸轮进行主动变径适应管道,是机器人具有良好的对中性。建立了管内机器人的力学模型,分别对机器人进行了静力学与动力学分析。分别分析了管内机器人支撑结构的受力情况与弹簧预紧力的计算,机器人侧翼支撑机构弹簧受力的分析,凸轮变径机构的运动规律。根据驱动轮与管道内壁之间作用机理建立动力学模型,根据所建立的数学模型分析机器人在管道内的受力情况,包括管内机器人拖缆力、管壁作用力和牵引力;由于机器人在管道内会遭遇障碍物,因此对机器人越障性能进行分析,探讨影响管内机器人越障性能的各个因素。通过ADAMS仿真对管内机器人进行了运动学方面的仿真,以此验证第机器人结构和机器人数学模型的合理性。最后对机器人样机进行实验,验证了机器人的运动性能,经过实验验证,本文设计的机器人基本满足预期目标。本文设计的梯形管管内机器人相比于传统用于圆管的机器人在结构上稍有不同,为后续非圆形管道的异型管道管内机器人开发提供了理论依据。