市政排水管道网络中存在数量众多的不同管径的管道,由于管径的尺寸以及入井口尺寸的限制,传统的清淤方式并不能满足需求,大多采用人工清淤作业的形式。然而地下管道中除了环境脏乱外,还存有大量易燃易爆的有毒气体,容易对井下工人的人身安全产生危害。因此,采用机器人替代工人下井完成管道清淤作业是当前发展的必然趋势。然而由于入井口尺寸限制、地下管道的恶劣环境以及易燃易爆气体的存在,使管道清淤机器人的研发难度大大增加。此外,若管道清淤机器人仅适用于单一管径,就要针对不同管径的管道搭配不同尺寸的机器人来完成作业,这将耗费较多的物力财力,造成资源浪费。本论文设计了两套气缸驱动的可变幅撑壁机构用于支撑管壁,结合推进气缸以及全气动迈步逻辑控制方法,研制了可通过检查井口进入管道内部,展开后能在直径600～1000mm的管道实现撑壁迈步行走,并将淤泥通过出泥管泵送到地面的清淤机器人。主要完成了以下工作:完成可变幅撑壁管道清淤机器人的机械结构设计。提出了可变幅撑壁机构设计方案,并与撑壁迈步的蠕动式行走方式相结合,从而保留活塞式的清淤泵送方式。机器人进入地下管道内部后,通过可变幅撑壁机构的展开撑壁,实现适应不同尺寸管径的工作要求。利用ADAMS对可变幅撑壁机构进行优化设计,提升其工作性能。在考虑机器人实际工作条件的情况下,对机器人在管道内部实现行走和清淤的过程进行受力分析,并完成各类执行气缸元件的选型与校核。明确了机器人采用全气动驱动与控制的优点,并根据机器人的行动逻辑绘制X-D线图,完成了全气动控制系统与机器人自主入井入管控制方案的设计,并利用Fluid Sim-P对控制气路进行建模与仿真,最终实现机器人无电化的全气动控制与驱动,且能实现自主入管动作,无需工人下井辅助。在设计计算、仿真分析的基础上,完成可变幅撑壁管道清淤机器人样机的制作,并通过了不同管径下的模拟管道试验及现场试验,经验证所设计的机器人能够满足不同管径管道的清淤工作。本文所研制的管道清淤机器人可通过检查井口进入管道内部,展开后能适用于不同管径实现清淤作业。采用全气动逻辑控制,具备防水防爆的优点,能可靠地在复杂的地下管道环境中作业。