管道作为一种重要的传输介质的载体,具有易磨损、难检测的特点。管道机器人的出现,为解决传统测量方法所出现的人力资源浪费、复杂环境下检测具有的危险性高、检测精度低等问题,提供了新的方法。因此,管道内壁检测机器人系统的研究工作,对提升基础设施和工业设备可靠性具有重要意义。本文提出了一种便携式大变径管道内壁圆度检测机器人系统。该机器人可在管道倾角小于17度、管径在?290mm~?412mm范围内的管道内,实现行走、伸缩运动,转台转动激光测距传感器进行圆度检测作业。为满足管道内壁圆度检测作业要求,本文研制了一种新型管道内壁检测机器人结构。该结构采用模块化设计思想,分为运动机构和转台机构两部分。运动机构采用周向三轮定位全驱机构和双丝杆曲柄滑块叉式主动变径机构相结合,通过对称式设计,在实现管道内行走及变径的同时,保证运动机构中心轴线始终与管道内壁中心轴线平行,从而在结构设计层面减少系统误差。转台机构可实现转动和支撑两种运动,通过对称式刚性支撑腿设计,使转台稳定支撑在管道内,减少转动时系统振动产生的偏移对数据采集带来的环境误差影响;同时,转台上装有激光传感器,可利用转台转动完成激光传感器在管道内壁的圆度检测作业。为检验管道内壁检测机器人系统的作业能力,本文对样机系统进行了运动速度控制实验、爬坡能力测试实验以及管道内壁圆度检测实验。速度控制实验验证了样机系统运动匀速性良好,其最大运动速度为7.44m/min;爬坡能力实验测试了样机系统的爬坡能力,并证明其可在坡度小于17度的情况下开展正常的运动及检测作业;圆度检测试验说明该样机系统可在管道内壁直径为?290mm~?412mm的范围内实现匀速行走、伸缩运动控制,以及圆度检测作业。本文通过理论分析和数学模型建立进行了样机的优化设计,通过样机研制及测试实验,验证了便携式大变径管道内壁检测机器人在管道内进行运动和检测作业的可行性,为管道内壁检测作业提供了一种切实可行的自动化装备。