近年来,我国的石油天然气管道工程发展稳健。在北亚、中亚、和东南亚地区多条重点管道工程,尤其是跨国管道工程,相继开工建设;推动了可全球范围内的能源贸易合作。伴随着长输管线的工程建设,山体隧道管线工程数量日益增加。但是由于隧道段管线所处环境复杂,工程条件各异;山体隧道管段的巡检工作既是油气管道安全生产工作的重点,同时也是难点。针对隧道管线巡检问题,本文设计并研究了基于一种轨道式巡检机器人的作业方案。首先,参考行业标准和规范,从对管线隧道工程概况的研究出发,对隧道巡检的作业条件、功能和参数进行了分析和规范。而后,通过与案例分析与方案比较,设计了一种具有“秤式”结构的单轨悬挂对称式巡检机器人;同时对机器人的轨道使用方案和隧道巡检的工艺进行了设计。最后,据巡检机器人的功能和隧道巡检的工艺,设计了测控系统的原理和方案。在对结构设计中采用了模块化的设计思想;在分析机器人的原理和结构的过程中,对机器人的行驶状态进行了分析。为机器人的整体设计和各个模块的总布置提供了依据,验证了巡检机器人方案的可行性。在对机器人的具体结构进行详细设计时,对机器人行驶过程中的关键构件进行了研究,并结合工程要求对部分零件进行了结构优化。研究结果使机器人代替人工对山体隧道管线定期巡检成为了一种可能,解决了在设计使用隧道巡检机器人过程中的一些问题,对后续在此方向的工程研究提供了借鉴。