在油田的开采流程中,原油换热器作为原油运输过程设备,用于对刚采出的原油进行加热,以便提高运输效率。但由于原油成分复杂且粘度较高,换热器易出现堵塞问题,为实现有效清洗且不影响油田开采进程,将传统清洗技术和机器人技术相结合,提出了一种用于原油换热器的新型在线自动清洗方案。本文所设计的定位机械手作为其中重要的一部分,工作于原油换热器封头带压进油侧,用于带动清洗头运动并实现精确定位,该装置的可行性以及性能的好坏对整个在线自动清洗方案的实现具有重要意义。因此,本文针对特殊的带压原油环境,提出了定位机械手的总体方案,对其机械结构、密封等进行了详细的设计;利用软件仿真校核结构并进行改进,确保设计的合理性;最后,考虑原油环境因素,研究了定位机械手的关节受力和驱动特性,确保驱动系统的设计及选型合理。论文的主要内容如下:首先根据换热器在线清洗任务确定了在线清洗装置总体方案,通过分析明确定位机械手的功能及结构设计要求;提出了定位机械手的机械系统总体方案,并对机械系统的结构、驱动系统、密封和防腐等模块内容进行了初步设计,建立了定位机械手初始三维模型。其次为在带压原油环境中保护定位机械手关节的驱动设备,防止原油泄露进机械手壳体结构内部,导致带电装置损坏,对定位机械手旋转关节和壳体连接处的密封结构进行设计。为保证密封的可靠性,基于ANSYS软件进行了结构密封性能的仿真验证,分析了密封压力和密封元件压缩率对密封性能的影响,以此验证了所设计密封结构的可行性,并为密封结构的参数选择提供了理论依据。第三,考虑到定位机械手所处的特殊工况,为确保机械手结构具有良好的强度和刚度,保证定位精度,本文分别分析了定位机械手整机初始模型在空气环境和原油环境中的应力及总变形位移;根据分析结果,对应力和变形较大的零部件进行了结构改进,并分析了改进结构的合理性;为寻找最优结构,结合结构优化设计理论,建立了定位机械手的结构优化模型,运用ANSYS有限元分析软件对机械手的结构参数进行了优化,获取了最优的结构参数,最终建立了优化后的定位机械手三维模型。最后为获取带压原油环境中定位机械手的驱动特性,进行驱动系统选型校核,通过分析单个运动体在原油环境中所受的液体作用力,建立了各个液体力对定位机械手旋转关节的作用力矩方程。因原油粘度较大,阻力系数不能依据经验取值,基于Fluent流体仿真软件求解了定位机械手外壳体在原油环境中运动的阻力系数C_d。结合Matlab软件对利用Lagrange方法建立的定位机械手动力学模型进行仿真分析,获取了机械手关节的驱动力和驱动力矩曲线,探讨了影响定位机械手旋转关节驱动力矩的因素并校核了驱动系统的选型。