管道机器人是实施管道检测的重要工具,可控速管道机器人是当前管道机器人领域的研究重点。可控速管道机器人研制需要解决管道机器人的速度可控性、弯道通过性和运行可靠性等关键技术问题。弯道通过性直接决定机器人的结构和总体尺寸,开展可控速管道机器人弯道通过性的建模与分析,可以解决机器人在管道内部的碰撞和卡堵,同时为管道机器人调速性能设计提供基础数据。因此,机器人的弯道通过性是可控速管道机器人本体结构设计的重要内容,但当前缺乏有效设计理论和方法。为此,论文在可控速管道机器人结构设计的基础上,首先通过管道机器人弯道通过性仿真研究提出有效适用的开展机器人运动学建模的适用模型,然后开展管道机器人弯道通过性数学建模,最后开发可控速管道机器人弯道通过性辅助分析软件。论文研究内容包括如下三个方面:1、可控速管道机器人设计。在调研、借鉴和类比的基础上,并结合通过性设计、调速性能设计,提出可控速管道机器人的总体设计方案,在此基础上完成可控速管道机器人的样机设计与制造。研究工作为后续弯道通过性仿真分析提供建模参数和结构。2、可控速管道机器人弯道通过性刚柔分析。以支撑皮碗式可控速管道机器人为研究对象,分别采用ADAMS软件和ABAQUS软件开展可控速管道机器人在管道弯道处的刚性和柔性通过性仿真,并对管道机器人在弯道中的力学行为进行了分析。研究表明,机器人的刚性运动与柔性运动具有类似运动特征,机器人参考点刚性运动位移和柔性运动位移的最大差值约为管道直径的3%,可以采用刚性模型开展机器人弯道通过性分析与设计。3、可控速管道机器人弯道通过性建模与软件开发。基于刚性模型,建立支撑皮碗式可控速管道机器人进入弯道到整体通过弯道全过程的运动学模型,并结合刚体运动的坐标变换实现模型求解,最后提出管道机器人与管道壁之间的干涉求解流程。在此基础上,开发出管道机器人弯道通过性分析软件。研究成果为可控速管道机器人的结构设计提供了一套有效的辅助决策工具。