管道输送作为一种经济有效的介质输送方式,被广泛地应用在农业、工业等领域。由于自身缺陷以及在工作中受到压力、腐蚀等外部环境的影响,会不可避免地发生损坏、泄露等问题。为了延长管道的使用寿命,保障管道运输的安全,就需要对管道进行定期的检修。而现有的管道检修机器人大多考虑的是通过平面型管道(管道轴线在一个平面内),而3D立体型管道(管道轴线不在一个平面内)具有复杂的内部连通结构,对管道检修机器人提出了更高的通过性和环境适应性,在管道机器人领域具有挑战性。本文结合电网GIS罐体的技术要求,设计与开发一种具有良好的3D管道通过性和环境自适应性的管道机器人,主要研究内容如下:(1)基于管道检测的要求和3D立体型管道的环境,提出一种驱动轮转向可控制的管道机器人的总体设计方案和设计目标。(2)完成管道机器人变径机构、驱动轮转向机构、驱动轮机构、从动轮等机构的设计。通过分析几种常见变径机构的特点,选用曲柄滑块+平行四连杆机构作为本机器人的变径方式;通过对变径机构的力学分析,来选择合适的驱动电机和预紧弹簧;并对机器人关键零部件进行有限元分析,校核其强度来验证零部件结构设计的合理性。(3)分析管道机器人在L型、T型弯道处的尺寸约束以及通过方式,确定机器人在通过不同弯管时的轨迹方程和速度;提出机器人通过3D立体型管道的方法,主要是通过驱动轮调整转向,使机器人整个可以绕管道轴线旋转一定的角度,始终保持机器人的两个驱动轮与管壁接触,提供稳定的驱动力,使机器人转弯。(4)创建管道机器人虚拟仿真环境,并进行弯管通过性、姿态调整和避障的仿真。(5)制作机器人样机,搭建试验平台,进行管道通过性、姿态调整与避障、最大牵引力等试验。通过对试验数据的分析,来检验机器人的性能,并提出改善方案。