现阶段,我国的矿产资源、水电输送隧洞、地下厂房和交通隧洞等都在往深部发展,这些工程需要在较大埋深的山体或地下岩体中开挖。随着岩体工程埋深的增大,由高应力以及高放射性污染引发的灾害愈发严重。为了保证岩体施工的稳定性,需要监测岩体的物理特性,而钻孔测试是测量岩体变形及其规律的常用方法。本课题提出的小型岩孔检测机器人可以应用于深部岩石的钻孔测试,从而通过对岩石内部进行破裂面演化和微破变演化信息的反馈,来达到监测岩石内部物理性能的目的。首先,本文明确了小型岩孔检测机器人的总体方案。综合参考国内外的检测技术和方法,以及已有的管道机器人的分类,选择了搭载CCD摄像机与超声波传感器的三轮腿支撑式方案为管道机器人的总体方案,包括了机器人的系统方案的选择、系统组成与功能描述、机器人本体结构的设计等。其中,对摄像机与超声波传感器的具体方案进行了布置,以及对机器人的行走、通讯等方案进行了综合对比与分析设计,对机器人的驱动机构与预紧变径机构进行了具体方案的选择,对机器人的驱动电机进行了计算选型。其次,本文针对小型岩孔检测机器人的关键结构进行了动力学分析与研究,包括机器人传动机构的分析与预紧变径机构的分析,详细对预紧变径机构进行了运动学建模,对其所能提供的支撑力进行了分析计算。对机器人整体进行了运动学建模,以及对传动机构进行了动力学分析,得到了机器人的总体动力学特性。计算出了机器人可以达到的最大爬坡角度,验证了机器人驱动电机的驱动能力。然后,本文利用NX8.0的运动仿真模块,针对机器人的虚拟样机进行了仿真研究,包括建立虚拟样机,进行变径能力和行走过程的仿真分析。仿真研究表明,预紧变径机构具有足够的变径能力,机器人可以实现准确的管内行走。通过管内受限运动的动力学建模,对小型岩孔检测机器人在岩孔内运动稳定性进行了分析,分析结果表明机器人在岩孔内具有变径能力和平稳行走的能力,并且在岩孔内行走过程稳定。最后,对机器人的实体试验样机进行了性能测试实验,包括了密封性检测实验,行走速度实验,爬坡实验以及超声波传感器检测实验。验证了前文理论分析的正确性,为进一步的设计和优化打下了基础。实验结果表明,本课题设计的小型岩孔检测机器人可以完成钻孔测试的检测任务。