近年来,管道已成为石油、天然气的运输中不可缺少的组成,给生产和生活带来了不可估量的便利。由于管道在使用过程中会出现腐蚀、变形、裂纹等管道损坏,管道机器人取代传统管道检测而出现,它大大提高了管道运行的高效和安全性。但现阶段性能齐全的管道机器人大部分运行于直径≥150mm的大管径直管道或曲率半径较大的弯管道。对于中小管径管道的检测,本文研制了一款能适应管径变化,跨越一定高度障碍且能通过极限弯道的机器人,并对其越障能力和弯道通过能力进行了理论分析和仿真验证。本文对管道机器人系统的驱动方式、检测方式、通讯方式、电力供给方式等进行了讨论和确定,确定了机器人系统基本方案,并对机器人的结构进行了设计;对机器人进行了其驱动力和移动速度的研究,建立了驱动力力学模型,推导出了驱动力表达式;针对弯道通过性问题,进行了理论分析,建立了过弯道过程的尺寸约束方程和运动方程,画出了机器人过弯道的轮理论轨迹,并对过弯姿态角进行了分析研究;对行走轮越障情况建立了螺旋单元驱动轮跨越障碍物的力学模型,推导了其越障相关方程,分析了弹簧参数刚度系数k、预紧力FT以及轮的直径对机器人越障能力的影响,为相关参数的优化提供依据。在Adams中建立了机器人虚拟样机模型。通过动力学仿真分析了牵引单元弹簧预紧力、轮与管壁之间的摩擦系数对牵引力的影响,验证了牵引力理论分析的正确性;对样机驱动轮、支撑轮的越障能力进行了运动仿真,验证了越障理论的正确性,并结合牵引力仿真结果优化了牵引单元中弹簧的参数。对所设计的机器人进行弯道通过能力的运动仿真,验证了弯道理论的正确性,并得出了最佳过弯姿态。最后制作了管道机器人样机,对样机进行了实验测试。测试了不同螺旋角下的运行速度、直道和弯道的牵引能力、爬行能力及过弯道能力。测试结果表明所设计机器人运动速度约为15m/min,牵引力30～38N,并能顺利通过竖直管、弯管,满足了设计要求。