在电力、石油天然气等领域内管道应用广泛,管道安全对工业生产的正常运营起着至关重要的作用。而现有的管道检测和维护主要以人工作业为主,存在工作量大,检测效率低,危险性高等不足。因此开发能够携带检测设备,在复杂的管道环境内自主运行,并完成检测任务的管道检测机器人具有十分重要的意义。针对石油天然气250mm-350mm的管道环境中的运动需求、检测需求和控制需求,本文设计能够在管道内自主运行并可携带管道检测设备对管道内环境进行检测的管道检测机器人系统。完成的主要工作如下:(1)管道检测机器人总体方案。根据石油、天然气领域内的管道环境,分析了相应的设计需求,比较选取了机器人的移动方式;设计了由自适应支撑机构和行走机构组成的载体机构和由可变直径支撑装置、漏磁检测探靴和万向轮行走装置组成的检测机构,并基于机械结构确定了系统的控制方案。(2)管道检测机器人运动控制及性能分析。基于模糊控制理论,针对水平弯管环境,提出了由模糊姿态控制和模糊转向控制组成的过弯控制策略,并通过ADAMS和MATLAB联合仿真,对过弯模糊控制策略的有效性进行了验证;同时,研究了管道检测机器人越障和拖缆牵引能力等相关运动性能,并进行了受力分析和仿真验证。(3)基于ANSYS的漏磁场缺陷分析。采用有限元方法对管道内缺陷漏磁场信号进行分析,在ANSYS软件中建立有限元三维模型,通过仿真分析了裂纹类缺陷和圆柱形缺陷的漏磁场特征,得出漏磁场信号与提离值以及两种缺陷的相关尺寸的变化关系。(4)管道检测机器人运动与检测试验研究。设计了机器人控制系统的相关程序,包括了电机驱动程序,传感器程序以及模糊控制程序等;搭建了机器人试验平台,进行了机器人过弯控制试验、最大牵引力试验、越障试验和漏磁检测实验,分别验证了模糊控制策略的可行性、最大牵引力、越障能力以及缺陷漏磁场信号与缺陷尺寸参数的变化关系。