管外爬行机器人是一种被应用在高空管道中来代替人工作业的机器人,能够大大降低了人工检测的风险和成本,具有重要的学术研究价值和工业应用前景。本论文对国内外现有的管外爬行机器人技术发展现状以及应用背景进行了调研分析,提出了一种新型管外行走机器人的设计方案,该机器人是一种可在管道外表面前行和后行,具备跨越L型、十字型等特殊管道,能够绕管道旋转运动的机器人。该机器人最大的优势,就是拥有其他机器人无法比拟的灵活性和可变形性,可以利用传统爬行方式,发挥其多自由度、可变形的特点,快速爬行越障等,具有较大的实用价值和理论研究。通过研究管外行走机器人抱紧机构的结构,对其进行参数化建模与最优化设计,建立了以抱紧机构结构最紧凑,输出夹紧力最大的多目标数学模型,保证抱紧机构的各支点间相隔均匀,并且要求传动效率高,不发生运动干涉,可以完成夹紧或松开工作管道,最终确定了机器人抱紧机构的最优尺寸;针对抱紧机构、翻转关节连接部位各个零件进行三维建模,最后进行了组合装配,得到了管外行走机器人整体结构的三维造型;在跨越爬行和绕管道旋转能力上做了理论推导,并重点介绍了管外行走机器人在跨越L型、十字型管道等的动作姿态规划等;利用ADAMS动力学软件对管外行走机器人跨越爬行L型管道和绕管道旋转运动进行了定性爬行仿真分析,验证了理论分析爬行跨越的可行性,为后续的控制过程提供指导和理论支持,解决了难以试验的限制:基于ANSYS Workbench对管外行走机器人的行走滚轮支架进行有限元分析,对行走滚轮支架在静态预紧力作用下的应力应变和变形位移量进行求解,并对行走滚轮支架进行有限元模态分析,为机械结构安全稳定提供了依据。