随着科技高速发展,生产安全及效率变得越来越重要,在工业及日常生活中大量应用的管道,成为传送能源等必要物质的关键,由于管路的环境条件较为苛刻,日常维护难度极大,而停工人力检修会造成诸多不便及经济损失,因此当下机器人逐步替代传统人工进行在线检修已成为主流趋势。本文提出一种新型的喷水式管内机器人,克服以往研究中在流体管道内无法主动运行的缺点,能在不停工的情况下对管道内部状况进行检测。本文首先根据需求完成管内机器人总体结构方案设计,之后对比常用驱动形式的优缺点,确定了电机驱动喷水推进器的驱动方式;建立机器人通过性模型并完成整体参数化设计;提出一种新型连接模块弥补常规铰链的不足,并对所设计的异形铰进行参数优化、干涉判定、强度分析;研究了检测单元检测管道参数的可行性;并对管内机器人受到水动力与运行速度之间的关系进行探究。然后基于旋量理论建立管内机器人的运动学模型,详细推导速度雅可比矩阵,利用实际工况下的参数在MATLAB中仿真机器人轨迹,验证所建立模型的正确性;借助折合损失系数的方法对喷水推进器在管道环境下推力变化进行分析,得到了不同使用环境下推力的损失比率。进一步利用CFD仿真软件对机器人在直、弯管不同环境下进行模拟分析,求得管内机器人运行过程中的受到的流体作用力,采用ADAMS及FLUENT联合仿真的方式对喷水式管内机器人的运动特性进行研究,得出了机器人在流体环境下运行的运动学参数。最后根据机器人实际运行控制需求设计模糊PID控制器,同时利用MATLAB进行仿真验证控制器的效果;完成控制系统总体设计,之后利用GUIDE创建控制系统人机交互界面;搭建出管路环境及开放式环境进行实验研究,在流体环境下测定机器人的总阻力,并在不同运行环境下进行推进器推力测试实验,验证喷水式管内机器人实际应用的可行性。