管道在工业生产和日常生活中有非常重要的作用，而管道的安全运行则需要各种检测技术与设备来进行保障和维护。管道机器人就是其中一种重要的检测设备，因而受到广泛的重视并得到了迅速的发展。经过多年的探索与研究，管道机器人已经有了很多实用产品。从结构和行走原理上可以分为轮式、履带式、蠕动式、多足爬行式等多种结构形式。然而由于管道环境的多样性和复杂性，目前还没有一种管道机器人能够很好地满足管道作业的各种需求，特别对于异形管道，以及管道内存在异物的情形。现有的管道机器人都是借助于机器人与管壁之间的摩擦实现前进运动，而这也是其无法很好地适应管道环境的根本原因。本论文提出了一种与现有结构完全不同的新型管道机器人结构方案，利用气体喷射技术使机器人悬浮在管道内，在与管壁不接触的情况下实现在管道内部的移动。在对几种可行的方案进行分析与初步实验验证之后，确定了球形飞行器结构的管道机器人方案，首次实现了基于球形飞行器的管道机器人。基于球形飞行器结构的管道机器人实验样机利用了双桨直升机的基本结构，外加球形高弹性的塑料保护罩，驱动电机、电池和控制板均位于球形体的底部。这样的结构外形和整体重心位置很适合机器人在管道内的移动，同时也能够使机器人在飞行时保持稳定，并在落地后自然保持螺旋桨的垂直向上状态。球形管道机器人的主控板采用微芯公司新近推出的PIC16F1825作为主控芯片，另外配置了红外距离检测、陀螺仪、电机驱动、通信与电源变换电路。采用积分分离PID控制使机器人能够稳定地悬浮在管道内部，悬浮高度可以控制。再通过通信的方式控制机器人实现前进、后退、转弯、悬浮、落地等基本动作。实验样机的运行试验结果验证了球形管道机器人的可行性，为今后进一步工程化和实用化打下了基础。