海底管道机器人进行清洗、检测、封堵等管内作业时,外界通常需要确定管道机器人在管内的具体位置,并与管道机器人之间建立通信。目前管道机器人的极低频发射系统均采用螺线管发射线圈。其存在体积大,易发热,功率大和效率低等弊端。因此,本文选择机械天线作为管道机器人的极低频信号发射装置。本文首先研究了机械天线发射系统,分析机械天线的工作机理,对旋转永磁体进行了有限元仿真。其次分析了金属管道对磁信号的衰减作用,通过理论推导确认了衰减系数。通过仿真建模,分析研究了穿透管道的最佳频率。针对基于机械天线的管道机器人外定位方法研究,建立了旋转磁偶极子电磁场分布数学模型。为了解决微弱磁场信号极易受到环境中噪声干扰问题,选择了一种错位叠加的信号处理方法。通过寻找管外轴向磁场信号的波峰值,实现了管道机器人一维坐标的定位。针对管道机器人三维定位技术,提出了一种基于单个磁通门传感器,测量多点磁场值的三维定位方法。针对基于机械天线的管道机器人内外通信研究,分析了机械天线常用的调制方法。通过2FSK调制仿真,验证了频率调制方案的可行性。针对幅度调制方案,提出了基于外加调制器的幅度调制方案,设计了一种移动遮盖式调制器。通过2ASK调制仿真,验证了这种调制方案和结构的可行性。对比不同调制方案应用于管道机器人技术中存在的问题,选择了基于转速控制的2FSK调制方案。基于旋转永磁式机械天线的结构,研制了机械天线实验样机一台。并搭建了管道实验平台,开展了管道机器人的外定位和内外通信实验。实验结果表明,机械天线能有效实现管道机器人的通信定位需求。最后针对管道机器人实际应用场景,以小型化设计为依据,研制了一台机载发射样机。机械天线的应用给海底管道机器人的通信定位技术开辟了一条新思路,对于提升海底管道机器人的定位精度和内外通信效率具有深远的意义。