随着国民对石油和天然气等能源的需求日益增加,输送流体介质的管道逐渐大规模铺设,输送管道的泄漏问题成为国内外研究的焦点问题。当输送管道泄漏时,目前主要是通过人工操作封堵设备对泄漏处进行封堵作业,危险性极高,因此研制一种带有封堵能力的管道机器人来代替人工完成泄漏管道封堵作业尤为重要,但目前国内外关于管道封堵机器人的研究较少。本文针对流体介质输送管道发生泄漏的问题,提出了一种面向油气管道泄漏的封堵机器人,当管道发生泄漏时,能够快速到达泄漏处,及时、可靠的代替操作人员完成封堵作业。本文主要内容如下:首先,根据上述工况,对管道封堵机器人进行整体设计,确定管道封堵机器人主体构型。并对末端执行机构进行了结构设计,借助Solid Works三维建模软件对管道封堵机器人主体建立了三维模型。以天然气泄漏管道为模型进行相关计算,选取了末端执行机构的主要驱动部件。同时应用ANSYS有限元分析软件,对所设计的末端执行机构的关键部件进行了有限元分析,通过仿真结果验证了所设计的末端执行机构均满足强度和刚度要求。其次,通过经过改进的D-H参数法构建了协作机械臂运动学模型并求解正、逆运动学,利用MATLAB对机械臂的正、逆解进行仿真,通过仿真结果证明正、逆解的正确性。通过蒙特卡洛法获得了机械臂的工作空间云图,从而确定了机械臂的工作空间范围。同时利用MATLAB能够在对笛卡尔空间下直线段轨迹规划进行仿真,充分验证了选取的机械臂在笛卡尔空间下的轨迹规划算法的正确性。最后,用张正友标定法完成了相机标定,经标定实验获得了相机内参数,之后对所采集到的泄漏图像完成图像预处理,通过Canny边缘检测算子检测出完整的图像边缘,选取基于形状的模板匹配算法对泄漏点进行识别,获取泄漏点像素坐标,经验证该方案可实现对泄漏点的可靠定位。本文所设计研究的管道封堵机器人将对该领域的研发提供重要的理论依据与设计参考。