管道外壁行走铺设机器人是一种应用在管道外壁来代替人工作业的机器人。此类机器人的研究能够大大降低人工作业的风险及成本,具有较为重要的学术研究价值和工业应用前景。因此对管外行走机器人的研究逐渐成为工业机器人研究的热门领域之一。本论文对国内外现有管外行走机器人技术发展现状以及应用背景进行了调研分析,主要针对在圆形管道外壁上连续自动铺设四道地下光缆这一课题,研制了专用的光缆铺设机器人设备,对于提高光缆的铺设效率和铺设质量具有重要意义。本文提出了一种新型拖曳式管外壁行走铺设机器人的设计方案,具有较大的实用价值和理论研究意义,设计的管外壁行走铺设机器人采用轮式驱动作为行走方式、推力自锁作为抱紧方式,使机器人能自适应负载重力变化和管径变化,外接载重电缆车跟随行走,将铺设过程中所需的光缆卷和光缆张紧装置等设备放置在载重电缆车上。通过驱动轮的速度差可实现铺设机器人在管壁上直线行走。各个行走轮为独立电机驱动,增加机器人的牵引力,也可以实现机器人在管壁上匀速、稳定地行走,满足光缆铺设的要求。本文对管道外光缆铺设机器人的理论进行了分析,指出在铺设光缆过程中容易出现的问题,以及针对这些已知问题如何制定出解决方案。针对要在不同直径的圆形管道外对光缆进行铺设的要求,制定出了一套铺设机器人的总体方案,并以此展开设备的方案设计。该管道外铺设机器人的驱动机构为采用各个驱动轮间彼此互成120度夹角安装在端板上,根据不同管径调整各个驱动轮的初始倾斜角度。通过对机器人整体的静力学分析,建立了机器人在管壁上自锁的平衡方程,推导出机器人在行走时驱动力大小,选择了合适驱动电机。通过对抱紧机构的力学分析,进一步推导了抱紧机构中调节弹簧的预紧力和抱紧轮正压力之间的关系,为铺设机器人的动力学仿真奠定理论基础。本文在上述理论分析的基础上,基于CAD/CAE技术,应用Pro/Engineer工程软件,从整体方案出发,进行了机器人各个子系统的详细结构设计,实现了机器人各零部件的三维实体参数化建模,完成了机器人各零部件的虚拟装配,并通过运动仿真检查干涉。对影响铺设机器人行走稳定性和铺设效果的关键性机构进行了结构静力学分析,观察记录分析结果,相应的对各组件的薄弱环节进行了优化设计。最终设计出了一套用于在圆形管道外铺设四道地下光缆的专用机器人设备。