工业管道是现代工业的基本设备,但由于其安装、应用工况条件苛刻,对接环焊缝中不可避免地存在着不同程度的缺陷,为保障在役管线安全运行,必须进行缺陷的检测。随着我国工业事业的迅猛发展,企业对巡检设备的需求明显增高,为了提高探伤机器人的适用性,降低成本,并打破国外在此领域的垄断,设计一种适合我国行业标准的大型管道环焊缝无损探伤巡检机器人是十分必要的。依据巡检机器人的功能需求,结合管壁环境特征,通过广泛调研,对机器人整体方案、吸附和移动方式进行设计;对探伤巡检机器人的机械结构进行三维模型设计,并着重分析了行走驱动模块、摆动微调以及夹持装置的机械结构设计;为使机器人在管壁面正常作业,在静力学基础上对机器人在管壁上进行力学分析,通过计算得到单个磁轮的最小吸附力,为下一步硬件选型奠定基础。在综合分析机器人控制要求与特点的基础上,提出了以台达系列PLC为控制核心的控制系统总体方案,并对三台电机、驱动器等硬件设施进行选型;在此基础上确定了软件框架,针对控制功能编译了主程序并加以说明;针对远程无线监控系统设计了可视、可控化远程监控系统,为后续机器人实验平台的搭建奠定基础。根据机器人的运行要求,提出了针对其驱动电机的直流三闭环调速系统控制方案;通过分析直流无刷电机特性,建立了电机和相应控制器的的数学模型,并用Matlab对三环调速进行仿真分析;针对系统调速响应、速度稳定性及抗扰能力等技术问题,提出采用优化电流环、速度环和PID控制位置环的方式,并给出各环控制器的数学模型,通过数据对比选出各环调节器的最佳参数。仿真结果表明:采用三闭环和PID结合的控制方式,调速系统各项性能有所改善,验证了该方法有一定的合理性。为验证上述理论在现实应用中的可行性,依据国家相关标准与规范要求,搭建管道焊缝探伤巡检机器人实验样机和控制系统实验平台;对控制系统实验平台进行实验,结果表明,三环控制与PID控制策略结合可以使电机控制系统响应迅速,速度调节快速且波动范围小;对机器人反复巡检测试获得运行轨迹,分析可得手动、自动模式下,运行偏移范围稳定在±11mm以内;通过分析实验数据得到各类模式下最佳运行速度,阐明了影响机器人调速系统、运行稳定性与偏移精度的相关因素,并给出了进一步提升的相关建议。本课题利用理论研究解决工程实践问题,并为该类工程应用提供了借鉴。