近浅海油气输送管网长期承受地质变化、介质腐蚀、海流冲击等因素的影响，易产生腐蚀、裂纹等缺陷。如不及时修复，发生油气泄漏，将造成巨大的经济损失和严重的海洋环境污染。因此，海底管道的维修与维护对油气输送的安全运行具有重要意义。 本文结合国家“863”计划渤海大油田勘探开发关键技术重大专项“海底管道内爬行器及其检测技术”项目(编号：2001AA602021)，对海底管内机器人技术进行了深入系统的研究，并成功研制出六独立轮式驱动管内移动机器人样机。 机器人采用一种新型的行走机构——内置电机及减速系统的六只模块化式驱动臂结构。六只驱动臂采用轴向交错、周向60°等间距首尾交替布置的方式，构成两个前后平行的驱动截面，使牵引力分散、独立产生。力封闭机构采用一种完全对称式的电驱动主动可控柔性结构，能够在线调整轮壁接触力及主动解锁，有利于检测系统故障救援。针对相邻的驱动臂布置特点，提出了一种“一拖二”的“主-从”控制方式，简化了机器人在直管内的移动控制。 对机器人行走机构的力学特性、变径特性及越障能力等进行了深入系统的研究。提出了评价几何变径特性的数学模型，并给出相应的机构参数优化取值准则。详细分析了封闭力与姿态的变化关系特性及移动机构的越障能力。根据所建立的ADAMS仿真测量平台，结合几何变径特性，给出了动态变径力学特性的详细分析。同时，进一步建立了机器人虚拟样机模型，并通过预紧力和牵引力仿真，证明机器人能够胜任检测系统的牵引任务，为工程样机的设计及制造提供了更充足的依据。 针对管内注水检测环境，阐明液体中的轮壁接触在封闭力下处于一种边界摩擦状态，封闭力的分配是导致确定附着系数困难的原因。因此，为改善易滑管壁的牵引特性，提出了基于滑动率与附着系数关系准则进行驱动系统反馈控制的湿摩擦驱动控制模型，并以Simulink控制系统仿真工具，进行了给定封闭力条件下的附着系数及牵引力仿真，验证了控制模型的合理性与可行性。 以本文研制的海底管内机器人为例，首先，通过轮壁接触点及截面参数的详细分析，阐明截面间距、管径及弯管曲率是影响弯管内机器人差速转向速比控制复杂性的主要因素。为此，结合海底管道R0/D较大的特点，提出了一种驱动截面过弯管曲率中心的简化控制方法，并由给定典型姿态的简化速比与准确速比结果的比较，可行性得到了验证。其次，揭示了弯管内机器人行走产生螺旋自转体的原因，并建立了描述其产生机理的力学模型。为减轻自转体，进一步确定出机器人进入弯管时应采取的最佳初始姿态 基于机器人移动机构模块化的组成特点，提出功率流分析法，建立了相应的分析模型，并以驱动轮轴功率的利用率来揭示功率损失产生的机理。以六轮独立驱动直管内运动为例，基于滑动率参数，详细分析了因速度不协调产生的功率损失及其转化特性，并进一步分析了寄生功率流循环特性。最后，提出了电机驱动与牵引过程节能控制的基本措施。