随着机器人技术的飞速发展,管道机器人作为特种机器人的一种取得很大进步。水平井牵引机器人属于管道机器人的范畴,在石油开发领域的应用越来越多。由于水平井井身结构的复杂以及井深长度的增加,具备大牵引力潜力的液压驱动牵引机器人越来越受到人们的重视。然而,目前应用的水平井液压驱动牵引机器人大多存在牵引力不足、适应性不强、可靠性不高以及运行效率低等问题,严重制约其工作范围以及发展进程。针对牵引机器人存在的以上问题,本文提出基于挠性支撑结构的液压驱动水平井牵引机器人,对机器人高效稳定行走机理和支撑结构进行设计与分析、对大牵引能力液压驱动系统方案进行设计与分析以及对高效高质量液压动力单元进行设计与优化。（1）为实现牵引机器人稳定行走并输出强大牵引力,设计基于挠性支撑结构的液压驱动牵引机器人系统。应用公理化设计,对电液驱动牵引机器人以及全液压驱动牵引机器人进行需求分析、概念设计以及耦合性分析,实现水平井牵引机器人移动速度与牵引力两项性能指标的独立控制。对比分析牵引机器人间歇推进运动原理和连续推进运动原理,得到连续推进运动原理的优势。最后,完成电液驱动牵引机器人与全液压驱动牵引机器人的系统设计以及挠性支撑单元设计。（2）对牵引机器人相关力学特性进行分析。通过挠性支撑结构的力学特性分析,得到静摩擦力与支撑力之间关系表达式。结果表明,挠性结构不仅可以提高静摩擦力,还能提高井壁通过性与适应能力;基于牵引机器人重力与力封闭摩擦力,进行了机器人输出牵引力分析。同时,对管道内油管线缆阻力进行分析,重点从造斜段与圆弧段两个方面考虑。为了满足牵引机器人抗扭转性能要求,对管道内机器人转动力矩进行研究,研究了规则管内运动中的力矩产生以及不规则管内扭转力矩的产生机理与表达式。（3）对大牵引力电液驱动牵引机器人液压系统进行设计与研究。基于电液驱动液压系统结构与工作原理,对牵引机器人工作流程以及具体实施方案进行设计。根据电液驱动系统技术指标,确定系统压力、流量以及核心液压元件。对电液驱动牵引机器人阀控伸缩液压缸系统进行了数学建模与特性分析,得到了伸缩系统压力特性以及稳态输出特性。对电液驱动牵引机器人工作过程进行仿真分析,包括运动原理验证、行走速度分析以及输出牵引力分析等。研究了机器人间隙推进与连续推进运动原理的区别,分析出电液驱动液压系统工作特性。（4）对大牵引力全液压驱动牵引机器人液压系统进行设计与研究。通过介绍全液压驱动系统结构与工作原理,对全液压牵引机器人工作方案与实施细节进行设计。基于钻井用牵引机器人技术指标要求,设计计算机器人结构尺寸以及液压系统具体参数。对全液压驱动系统中核心元件进行数学建模,得到元件输出特性与结构参数间的函数关系。通过仿真分析全液压驱动牵引机器人工作过程,验证其连续推进运动原理、强大牵引力输出能量以及快速行进的拖拽速度。最后探究全液压驱动系统工作特性,为原理样机的研制奠定基础。（5）设计基于两级压力源系统的高效动力单元。以测井用液压驱动牵引机器人为例,基于机器人井下运动原理与负载特性,设计以蓄能器作为高压源以及低压泵作为低压源的两级压力源动力单元,并阐述其组成结构与供能方法。根据管道机器人系统能量流动过程,建立液压系统以及核心元件能量损耗模型,分析两级压力源动力单元高效运行机理。以测井用牵引机器人伸缩液压缸作为研究对象,通过仿真验证两级压力源动力单元驱动可行性与节能效果。（6）对液压驱动牵引机器人进行样机研制与试验研究。研制电液驱动牵引机器人试验样机系统,搭建电液驱动系统性能测试平台以及阀控伸缩系统输出指标测试平台,进行系统验证与运动原理可行性试验。研制全液压驱动牵引机器人样机,搭建全液压驱动原理试验测试平台,通过开展相关试验研究,验证全液压驱动方案的可行性。本文提出大牵引力伸缩式液压驱动水平井牵引机器人,包括挠性支撑结构的设计与力学分析,连续推进液压驱动系统设计与分析以及高效液压动力单元的设计与效率分析,不仅为水石油平井牵引机器人的设计与优化提供了理论指导,同时,对于推动大牵引力液压驱动牵引机器人的实用化进程很有意义。