随着工业管道的大量使用,管道需要检测、维修、清理亟待解决,而管道是一种特殊环境,其特点是空间狭小,存在大量的非结构性管道,长期使用会造成堵塞,需定期清理,传统的人工清理维修显得极不现实,管道机器人在这方面的应用很有必要性。经过数十年的发展,管道机器人技术取得了长足的进步,但是距离实际应用还有一定距离,目前的管道机器人通过性主要局限在直管且智能化程度不高,对弯管,变径管,T型管的通过性就显得力不从心。本文着重对管道机器人在管道内的通过性进行了研究。论文的主要工作如下:(1)在查阅和掌握大量管道机器人相关文献和资料的基础上,并结合管道环境特点及作业需求,通过综合对比分析,设计了新型的管道清洁机器人本体结构,最后基于PRO/E软件对机器人进行了参数化建模。(2)对管道机器人的运动学和动力学问题进行了详细的分析研究,包括机器人的管内运动阻力、姿态偏转、径向调节运动、越障能力等问题。对于变径机构,先建立其运动学、动力学方程,求得各个关节的速度、加速度、反力,基于Matlab/Simulink建立了仿真模型,对其进行了运动学、动力学仿真。(3)对弯管、T型管进行了几何描述,并建立弯管数学模型和T型管的几何模型;推导出机器人通过弯管、T型管所要满足的运动条件,得出机器人在通过弯管、变径管、T型管时,需满足相应的运动条件;根据机器人行走机构与管壁的运动干涉问题,对行走机构进行了改进,并建立行走机构的运动学、动力学方程,对其进行了仿真。(4)基于ADAMS软件对机器人在直管、变径管、弯管的运动和受力进行了仿真分析,并对机器人在直管中弹簧预紧力和牵引力进行了仿真分析,得出机器人运动的位移、速度、加速度、力矩等曲线,仿真结果表明所设计的机器人可以顺利通过这三种类型的管道。