管道机器人因其能够直接进入管道内部,高效准确地完成管道故障诊断、检测及维护等作业,目前已在管路工程领域得到了广泛的应用。然而,能源供给及驱动控制问题始终制约着管道机器人的有效作业范围,尤其是针对长距离油气管线的检测作业。因此,综合了续航能力强、驱动特性优及管路工况适应性强等优点的管道机器人有待更多学者进一步开展研发工作。本文结合国家自然科学基金项目“管内机器人复合驱动机构设计方法与运动特性的研究”(编号为51475115),完成了复合驱动管内机器人的机构设计,研究了管内机器人的驱动能耗,依据管路检测工况制定了机器人的运动控制策略,并完成了复合驱动管内机器人样机研制与试验研究工作。本文分析机器人驱动能耗的影响因素及检测要求,研究管内机器人的低能耗复合驱动机理,利用改进模糊层次法对机器人的构型进行选择及评价,从而完成复合驱动管内机器人驱动系统的机构设计;对机器人流体驱动单元及电机驱动单元的驱动力进行研究,建立流体驱动单元调速控制方案以及驱动轮封闭力模型;采用动力学仿真分析切换机构的工作过程,结果表明所设计的切换机构能够达到流体与电机驱动方式切换要求。依据复合驱动管内机器人的检测工况要求,通过建立快速行走工况及降速过渡工况下的驱动调速模型,主要分析降速过渡阶段下直流电机的制动力矩,完成直流电机制动模式控制系统设计及机器人降速调控策略制定,并建立复合驱动管内机器人的流体驱动调速及降速过渡制动能耗模型。基于已建立的复合驱动调速方式及驱动能耗模型,并利用MATLAB与ADAMS联合仿真,分析构件参数对电机驱动能耗的影响,重点研究三种复合驱动工况下的驱动能耗变化规律,理论分析结果表明基于能耗优化的运动控制策略的具有合理性;通过样机实验研究,验证基于流体驱动力可调的复合驱动方式在降低驱动能耗、提高能源利用率方面具有一定的优势。