在役管道的检测十分重要,而现有人工检测存在盲区、周期长、危险性高、精度低、成本高。所以,研制一种移动检测机器人代替人工进行检测作业十分重要。本文以火电厂锅炉内管道作为应用对象,设计一种沿管道外攀爬检测的机器人系统,研究并实现机器人的自主作业控制,通过搭载的仪器进行检测。其意义有:机器人代替人工进行检测作业,提高效率的同时降低成本,具有极强的工程意义;攀爬检测机器人自主作业控制的研究对相关领域机器人换人的推行具有借鉴意义。主要完成的工作有:(1)管道攀爬检测机器人总体方案设计。根据电厂过热器系统管道环境与检测需求,分析机器人完成作业所需要的运动功能与检测功能;提出基于红外摄像头的外形检测方案,以及基于超声导波理论的无损探伤方案;进而确定机器人的结构方案。(2)运动学研究。首先基于修正D-H法建立机器人运动学模型,求出运动学方程逆解,并根据任务需求设计四种典型步态;其次采用五次多项式与具有中间路径点的三次多项式两种插值方法求得机器人关节轨迹,以保证机器人运动平稳可靠;最后,分析了机器人运动过程中的误差来源、建立自主校正模型、估算结构刚度与变形,提出了基于多传感器融合的分步检测与校正方法,为机器人自主作业控制研究做好准备。(3)自主作业控制实现。针对管道攀爬检测机器人的控制需求,首先提出了分层控制策略,搭建机器人控制系统;其次整定电机三环控制的伺服参数,进而采用PID控制器实现旋转关节轨迹跟踪,采用PI控制器实现手爪夹持力控制;再次建立机器人单目视觉系统以进行测距;最后基于LabVIEW设计控制系统总体程序。(4)攀爬检测机器人样机实验。首先进行视觉测距与超声波测距精度实验,验证传感系统的准确性;其次分别进行空载正弦运动与攀爬运动实验,所采用的PID控制器能够达到较好的关节轨迹跟踪效果;最后进行样机联调实验,实现机器人自主检测作业,验证分步检测与校正方法的可行性。