下水管道在排污、泄洪等方面起着重要作用,为了延长管道使用年限,需要管道机器人定期检测下水管道。但是,下水管道内部存在弯管和沉井,现有的管道机器人弯管通过能力较差,并且不具备跨越沉井功能。针对上述问题,设计出一种跨越式管道机器人,主要内容如下:首先,根据技术要求,确定管道机器人总体设计方案,完成管道机器人车头、车身、车尾的设计。然后,针对管道机器人跨越沉井过程中的受力情况,建立相关机构的力学模型;把跨井机构变形和车身机架变形相结合,并考虑下水管道内部高度误差和水平误差,综合变形和误差后确定机器人跨井高度;利用达朗贝尔原理建立管道机器人跨越沉井时的力学模型,在此基础上考虑到下水管道内部沉积物的塑性和摩擦性能,最后理论推导出车轮在跨井过程中发生滚动时的车轮力矩。接着,针对车身机架变形较大,采用ISIGHT对其进行多目标优化。采用拉丁超立方设计方法对设计变量进行试验设计,并利用神经网络模型近似建模,再通过NSGA-II算法对设计目标进行寻优求解,以减小车身机架变形对管道机器人跨井高度影响。最后,设计管道机器人的硬件系统。主要对控制芯片、电机、驱动器、摄像头进行选型,并对硬件电路进行设计,以实现管道机器人相应的功能。通过转弯实验和跨越实验,验证管道机器人的转弯能力和跨越能力。跨越式管道机器人为跨越沉井提供了方案,也为研究特种管道机器人提供了参考依据。