管道运输是当今的能源运输中最为常见的方式,其中在管道中输送石油、天然气是最普遍的。油气管道在长期运输腐蚀性介质的工作环境下容易产生裂纹、腐蚀等各种问题,没有及时检测的话会对油气管道的安全性造成损伤,因此需要定期对油气管道的腐蚀和损伤情况进行检测和评估。油气管道机器人可以有效地替代人进入管道中进行定期检测和维护油气管道,就此而言油气管道机器人的设计和研究具有重要的意义。本文设计了一种履带式和支撑轮式相结合的油气管道机器人,主要以管道机器人的路径规划与定位技术为研究方向,创新了路径规划算法以及用激光雷达SLAM定位方法对地图环境进行定位。具体的研究内容如下:（1）根据管道环境的情况,设计了履带式和支撑轮式相结合的机械结构,以及机器人动力系统的整体方案和硬件电路。用Solidworks制图软件建立了管道机器人的三维模型,再根据设计的尺寸大小制造了管道机器人的本体样机。管道机器人通过两个履带轮上的无刷电机来进行越障和转弯,支撑轮可以适应各种管道管径的大小并提供足够的牵引力,本体结构材料选用适用于高温高压,堵塞的油气管道,使其在这样的环境下不会发生故障,能正常运行。（2）设计了鲸鱼优化算法和改进人工势场法相结合的方式对地图环境进行路径规划,改进人工势场法是通过设置虚拟目标点的方法来帮助管道机器人摆脱局部极小值。鲸鱼优化算法进行全局路径优化,改进后的人工势场法对进行局部路径优化,增强了机器人的动态避障能力。构建好地图后用Matlab软件对三种算法（遗传算法、鲸鱼优化算法、改进的鲸鱼优化算法）进行路径规划仿真模拟,用100次仿真数据进行对比得出改进算法效果更好的结果。最后得到的改进算法路径再通过删除冗余点的方式进行处理,更进一步优化了所得路径。（3）使用激光SLAM定位法,针对激光雷达定位技术搭建ROS系统平台,在此基础上用结合改进人工势场法的鲸鱼优化算法为核心完成定位和路径规划的试验。在室内环境用ROS树莓派机器人试验,管道环境试验选用亚克力管道和油气管道机器人试验。试验步骤如下:首先使用激光雷达获取全局地图的信息,然后进行定位建图,最后在不同的地图上分别用两种机器人通过改进算法进行路径规划试验。试验结果验证了选用激光雷达SLAM定位方法对地图构建的有效性,也证明了改进后的创新算法在路径规划的实际应用中具有可行性。