针对目前大亚湾核电站工作人员在实际工作中遇到的管内环境评估与清理问题,研制出一种新型的管道内检测、作业机器人,大大提高了核电站外围管道检修的工作效率,减小了危险环境可能造成的人员伤亡问题。本文所设计的中型核管道机器人采用模块化的设计思想,工作人员可根据实际情况灵活组合,以适应多样化的作业需求,既提高效率又能节省成本。它不仅能够适应250mm～450mm的管径变化范围,还能够顺利通过T型管道,以及1.5D的弯管,而且能够实现垂直管道的攀爬,可以适应各类复杂的管道环境。通过分析国内外管道机器人的研究现状,并结合项目实际工作环境和功能需求,确定下机器人各功能单元之间的模块化设计方案,并在此基础上进行了更细节的模块划分,创新性的设计出机器人行走结构、变径结构、清淤结构以及快换结构等功能模块,给实际加工装配打下了坚实的基础。为验证设计的合理性,在完成整机的三维详细建模后,做出了对机器人主要机械参数的校核。通过分解机器人在管道内部的运动过程,分析机器人运行中可能会遇到的阻力,给出了包括斜坡阻力、介质阻力以及线缆阻力在内的阻力计算公式。并根据详细结构设计,完成了机器人主驱动力以及定心机构支撑力的分析,给出了具体计算公式,为机器人的设计提供了理论支撑。基于各驱动轮与管道内壁的作用机理,对机器人运行时所受到的外力进行分析,利用达朗贝尔原理,在形式上将动力学分析转变为静力学分析,然后根据力平衡理论,对机器人的爬行本体进行动力学建模,建立了机器人单元体在管道内运动的动力学模型。同时,本文利用有限元分析软件,模拟机器人各关键零部件的实际受力情况,完成了机械结构的强度校核。利用动力学分析软件,实现机器人在管道内的运动仿真,进一步验证了机器人机械结构设计的合理性,以及动力学模型推导的正确性。并给出了机器人翻越障碍物的条件。在完成机器人控制系统设计,并制作装配各模块的实物样机后,展开了一系列的样机实验研究。针对机器人的不同工作组合情况,分别进行了弯管通过性试验、检测成像试验以及管内作业试验,验证了机器人各部分结构设计的实际可行性,以及各项功能指标的完成性。