随着能源需求的大幅增长和工矿企业的蓬勃发展,管道建设速度随之加快。管道机器人是一种移动载体,通过配置相应的执行装置完成管道内的检测、喷涂、焊接、除垢等作业。具有蠕动行走特性的管道机器人因其具有运动过程不发生侧翻等优势,得到广泛研究。本文在国家自然科学基金(一种柔性蠕动管道机器人机构及其控制方法研究,编号:50905019)和教育部博士点学科专项科研基金(一种柔性蠕动管道机器人的研究,编号:20090005120006)的支持下,调研发现:(1)、对于具备在立体管道中具有连续作业能力的载体有着强烈需求;(2)、满足喷塑、清洗、焊接等行业的直线管道作业中大推力、大载荷机器人载体需求。根据这两类需求,在基金支持下完成两款机器人构型综合、运动特性分析、力学特性研究。最后完成两款机器人样机研制和实验验证。主要研究内容有如下几个方面:首先,提出类蠕动行走管道机器人概念及一种新型运动结构;为使得所提出的类蠕动管道机器人具备在管径变化时适应能力,提出一种由作动筒驱动的自适应管径变化的支撑结构;当支撑结构变化时为保证驱动的有效性,提出一种等距传动结构。实验证明,所提出的类蠕动管道机器人具备在立体管道中连续作业的能力。其次,为实现类蠕动管道机器人的自主行走能力,提出一种针对类蠕动管道机器人的并联检测反馈行走控制策略。实验证明,行走控制策略的运用使类蠕动管道机器人遇到可视距离内的障碍物时具备自主调速能力、具备与检测盲区内障碍物不发生刚性碰撞的能力、具备自主识别弯道与障碍物的区别等性能。再次,为实现直线管道作业中运动载体具有大驱动力的性能要求,运用机构形变瞬间内应力增加的原理,提出一种新型后向制动结构单元,通过该单元实现机体蠕动过程中力的前向传递。实验结果表明后向制动结构的运用使得机器人具备竖直管道中的攀爬能力且负载能力最大可达到65kg,结构构型有效。最后,完成立体管道中作业的类蠕动管道机器人样机研制及实验研究等工作。完成直线作业大推力蠕动管道机器人样机的结构设计、力学分析、仿真研究、研制材料分析、结构优化、样机生产及实验研究等系列工作。