在现代实际工程应用中,管道作为一种高效的运输工具在工业生产中得到广泛应用;管道机器人作为特种机器人,被用来代替人类完成各种各样的管内作业,也越来越被人们所重视。随着时间推移,管道环境越来越复杂、管道长度越来越长、管内作业越来越难等一系列问题的出现使得人们对管内机器人的要求越来越高。目前,续航能力强、功能多样化以及运动稳定性好等优点逐渐成为评价管内机器人的标准。基于此,提出复合驱动链式管内机器人概念,其复合驱动满足了续航能力强、多单元结构满足了机器人的功能多样化,为后续的样机研制奠定理论基础。本文以复合驱动链式管内机器人概念为基础,首先建立了通用物理模型,以该模型为研究对象进行了静力学分析,包括不同姿态角下电机驱动力大小、作用在皮碗上的流体驱动力模型及管内阻力计算模型;推导出机器人在水平和竖直方向运动的静力学平衡条件。然后描述了链式机器人通过各种管道障碍的运动过程,包括焊缝障碍物和弯管障碍;分别对单节单元体和多节单元体的弯管通过过程进行了数学描述,推导出通过弯管的几何约束条件;讨论了不同情况下各滚轮的差速特性对机器人转向过程的影响,并将差速特性应用到T型管的通过过程中。基于虚拟样机技术,对弯管通过过程和障碍物通过过程进行了仿真。将单节单元体和多节单元体的过弯仿真过程进行了速度及滚轮角速度的对比,通过对比验证了单节单元体与多节单元体弯管通过过程保持一致;此外通过仿真过程获得双虎克铰在过弯过程中最大转角值;通过仿真研究了影响机器人里程轮系统通过焊缝运动过程的主要因素,结果表明:当初始速度改变时,里程轮跳起高度及前后速度变化差值也会发生改变。建立了基于CFD算法的流场计算模型,在改变皮碗与管壁环形间隙大小的条件下对管内机器人周围流场速度矢量和压强变化进行了描述;在Fluent软件中模拟了PIG型管内机器人随流体流动的运动过程,得到了流体作用下速度及加速度的变化趋势;最后在电机驱动力与流体驱动力耦合作用下,通过描述机器人在四种不同的工况下的运动过程,验证了复合驱动的必要性与合理性。