近几十年来,随着我国科技的进步、工业的发展和经济水平的提高,我国管道运输建设取得了巨大的成果。比起汽车、火车等运输方式,管道输送具有经济、安全等许多优点,其应用也越来越广泛。油气等输送管道长期使用会腐蚀、穿孔或者破裂,都会造成油气泄漏,进而影响周围环境,甚至发生火灾、爆炸等严重后果。人工维修管道费时、费力、费财,这就需要应用管道机器人定期对管道检修与维护,而市场现有管道机器人大多越障能力差,不能适应不同直径管道与大坡度管道,且在弯管等复杂管道中的通过性能较差。为解决上述问题本文提出了一种无线缆式具有自主变径能力的三履带足呈120o均匀分布的管道机器人总体设计方案。该机器人具有行走灵活,控制简单,牵引力大等优点。本文研究的主要内容如下:(1)结合现有管道机器人的优缺点、课题设计的要求与性能指标,提出了无缆式具有差速功能和变径功能的履带式管道机器人总体设计方案,完成管道机器人移动机构,变径机构的选型设计。用SolidWorks软件建立管道机器人的三维模型。(2)建立履带式管道机器人作业姿态角与封闭力的模型,分析机器人作业姿态角对封闭力的影响,求得封闭力最大时的姿态角为期望稳定工作状态;建立弹簧预紧力模型,求得管道机器人可以稳定工作的最小弹簧预紧力;构建管道机器人在水平直管中的行走模型,确定其动力学方程;分析变径机构一组支撑杆系的运动力学方程,为第四章的变径机构动力学仿真分析提供理论基础。(3)利用ADAMS软件,构造管道机器人虚拟样机并建立仿真环境,进行水平直线管道、变径管道与大曲率半径弯管的爬行通过性实验。构建变径机构一组支撑杆系的参数化模型,做动力学仿真。(4)搭建管道机器人系统的总体控制结构,包括硬件框架的设计与软件实现流程设计。硬件设计包括微控制器ARM、传感器、电机驱动器等选型设计。软件设计主要是动作实现的流程设计与人机交互操作面板结构框架设计。(5)搭建管道机器人试验平台,包括机器人物理样机组装,模拟管道环境的组装。进行管道机器人水平管道、变径管道、大坡度与垂直管道的爬行通过性实验。