管道机器人是一种能够沿管道内壁行走的机械装置,可以通过计算机控制或人工操作进行一系列的管道检修任务。管道机器人工作行走距离较长,而且管道环境是封闭、多样和复杂的,包括水平直管、斜坡管、垂直管以及各角度弯管等。其关键核心部分在于它的移动方式,所以管道机器人能否顺利进行工作取决于移动方式的选择。目前管道机器人的移动方式种类繁多,包括轮式、履带式、爬行式、脚式、蠕动式等。传统的管道机器人有许多不足之处,比如越障能力不足,适应管径尺寸过于单一,机械结构过于复杂,不便于操作控制等。本文针对传统管道机器人的不足之处,设计了一款具有主动适应功能的履带式管道机器人。该履带式管道机器人具有良好的越障能力,机械结构简单,操控方便,性能稳定,能适应管径在200mm~300mm范围内变化的不同管道。首先通过理论分析确定履带式管道机器人的设计方案,运用Solid Works三维设计软件对该机器人各装置零部件进行三维数字化设计,之后进行装配,建立总体三维模型,真实的反映出机器人基本特征参数。然后运用ADAMS仿真分析软件对该机器人进行动力学仿真分析,得出在不同姿态角、倾斜度和管径的影响下,主动适应装置的螺旋机构轴向驱动力变化情况。仿真结果表明,姿态角对螺旋机构轴向总驱动力大小并没有影响,为一固定值828.17 N,而对单个履带轮所需轴向驱动力有所影响,最小值为255.22 N,最大值为296.89 N;倾斜度和管径则对螺旋机构轴向总驱动力有较大影响,但二者影响正好相反,倾斜度越大,所需轴向总驱动力越大,管径越大,而所需轴向总驱动力越小。再运用ANSYS有限元分析软件对该机器人的主动曲柄、从动曲柄和连杆等关键零件进行有限元分析,得到真实的应力及变形等信息,进行强度校核。结果表明,主动曲柄、从动曲柄和连杆的变形量都在合理范围内,强度也均满足要求。最后对这款全新设计的履带式管道机器人进行实验研究,记录其最大爬行速度和最大爬升角度等信息,测得的实验数据表明该管道机器人具有良好的稳定性、可行性及实用性。综合比较,本课题所设计的履带式管道机器人综合性能较高,社会实用价值突出,应具有良好的发展前景。