城市排水管道机器人作为特种机器人的一种,以其独特的功能,广阔的应用前景,正逐渐成为国内外各科研机构研究的热点。本课题源自哈尔滨市科技攻关计划项目“城市排水管道穿缆、检测机器人研究”,目的在于研制一台用于城市排水管道穿缆、检测的管道机器人样机。针对课题的研究目的,本论文完成了管道机器人的结构设计、控制系统设计、系统调试和性能验证实验等相关技术的研究。首先,深入分析了国内外管道机器人的结构特点,通过对机器人的驱动方式、传动方式和移动方式综合分析比较,从实用可靠的角度出发,采用了伺服电机驱动、滚子链传动、双履带运动和一体化箱体密封的机械本体结构,并利用Pro/E设计软件进行结构优化设计。在机械本体结构的基础上,进行了控制方案分析,制定了机器人的控制策略。其次,根据管道机器人运行环境的特点,设计了有缆操作、上下位机控制的系统结构。采用远程遥控控制系统,满足了机器人行走轨迹控制、位置检测、姿态调整的需求。以手持式控制器为上位机系统,方便了实际操作。而以纯数字伺服控制系统为下位机系统,用多速率控制策略和积分分离PID控制算法进行控制,更好地实现了期望的控制规律。选用NS-45/E2型倾角传感器检测机器人自身的姿态,实现了迅速、准确的数据采集,确保了行走的平稳性。最后,对管道机器人进行了系统调试,优化了机器人控制系统的各参数。对机器人样机进行了最大速度、转弯半径、负载能力、越障能力、纠偏能力、拖缆能力等性能测试实验,验证了管道机器人样机本体结构的可行性、电机驱动及姿态检测的可靠性,为管道机器人的实际应用打下了良好的基础。