气体绝缘金属封闭开关设备（Gas Insulated Switchgear,简称GIS）广泛应用于各地的电网建设中,是供电系统的关键环节。由于其结构特点GIS设备具有独特的故障缺陷,导致故障查找定位困难。现有的内部故障检测方式主要开罐后工作人员进入管内进行维护,该方式故障排除效率低且会有危害人体健康的风险。为了突破传统GIS管道检修方式的缺陷,本文设计一种在GIS管道内稳定吸附和全向灵活运动的机器人系统。首先根据GIS管道内部空间局限、障碍物分布复杂特点给出机器人总体设计指标。分析机器人建立局部附着的机理,通过对比多种吸附方式在管道内的适应性选择机器人负压吸附的局部附着方式。对比常见运动方案后搭建轮式管道机器人样机并进行初步实验,根据实验结果改进运动方案得到管道内四轮独立驱动与转向新型运动机构,通过自由度解析推导机器人运动学方程。根据所设计的总体方案,建立机器人管道内静止和三种运动状态下力学模型,分析了滑移和倾覆临界条件下所需的吸附力大小与机器人管道内方位和摩擦系数的关系。根据力学分析结果对驱动器进行选型并设计了运动结构。根据临界吸附力大小选择负压发生装置,同时完成腔体结构和密封机构的详细设计。使用拓扑优化和基于代理模型的优化对关键受力零部件结构进行改进。建立简化流体分析模型得到泄露流量与间隙高度、腔体负压和结构参数的关系。搭建CFD仿真模型对风扇电机设定转速下腔体内稳定流场进行分析,验证系统的吸附性能。根据续航要求进行负压吸附系统的变吸附力控制方法分析。在风扇永磁同步电机速度闭环控制和基于卡尔曼滤波的位姿估计基础上,通过模糊理论自适应调节吸附力闭环控制的PID参数对目标进行响应跟踪并完成仿真验证。最后对机器人在管道内路径规划方法进行设计。根据机器人构型特点和管道内障碍物形式,建立机器人扇形包围体和障碍物球包围体模型,并详细推导了包围体的相交检测方法。根据路径规划空间维度和障碍物复杂度选择基于采样的RRT算法,并结合该算法的改进方案设计了机器人管道内路径规划算法步骤。通过仿真实验结果分析步长等参数对规划结果的影响,同时验证了该算法能够有效规划出机器人管道内无碰撞平滑路径。