随着国家工业化进程的不断发展,管道运输成为生活的重要需求,管道系统安全对人民生活有着重大意义,因此用管道机器人来代替人工进行检测与维护起着重大作用。基于螺旋式管道机器人的典型样机,建立了螺旋式管道机器人运动载体的模型。同时对行走轮在运行中的滚动过程进行研究。管道机器人运动载体依靠行走轮与管道内壁摩擦力稳定运行,对其在运行中所涉及的摩擦力包括滚动摩擦、滑动摩擦进行了力学讨论;得出行走轮所受到的摩擦力与行走轮的几何形状、材质等有关。对运动载体的螺旋驱动原理展开研究,通过建立运动载体驱动力学模型,得出驱动力表达式,确定影响驱动力的大小因素是驱动轮与管壁的摩擦力、各个驱动轮与管壁之间的正压力以及行走轮结构;建立运动载体支撑模块力学模型,得出位姿角与支撑轮正压力的关系式以及支撑模块正压力随位姿角的变化方程,同时研究支撑模块转动理论,确定位姿角的选择对其转动的影响。运用坐标转换法对运动载体在直管与弯管的运动过程进行分析,得到其在管内的螺旋运行轨迹矩阵;采用二维矩形模拟分析法,将管道机器人运动载体顺利通过弯管分割成0°～90°的过程,研究其在任意过弯时刻的运动状态。采用ADAMS进行虚拟样机模型的建立,通过动力学仿真分析了摩擦系数、预紧力、行走轮半径、宽度对驱动力的影响,验证了驱动力学模型的正确性;分析了倾斜角度与驱动力的非线性关系,得出竖直爬行时运动载体所带功能模块必须小于19N;仿真分析运动载体行走轮质心的位置曲线,验证了螺旋轨迹数学模型的正确性;基于转矩平衡理论建立关于位姿角力学方程,研究抑制运动载体支撑模块管内转动的最佳位姿角。最后研究行走轮的半径和宽度、驱动轮预紧力的大小与驱动轮的偏转角等因素的变化对运动载体驱动力的影响,得出每个设计变量对驱动力的敏感度;并进行多变量的优化仿真,得出使其驱动力最大的最佳变量值。同时为了提高驱动力对行走轮外围进行结构优化,并进行拓扑优化达到轻量化设计目标。采用力传感器进行运动载体实验测试,验证仿真的正确性。该管道机器人运动载体驱动特性的研究可对工程应用研究提供依据。