水库放水涵管作为下游灌溉、供水的输送通道,是重要的水工建筑物之一。定期巡检放水涵管是保障水库安全运行的必备工作。目前主要依靠人工外部视察以及延长杆加装摄像头查看涵管是否破损、断裂、风化等,缺点是探测距离短,检测效果差、效率低,因此采用管道机器人替代人工检测具有重要意义。当前的管道机器人分为有动力和无动力系统,包括车轮式、履带式、支撑轮式、蠕动式、螺旋轮式等机械结构形式,它们研究的重点都集中在直管爬行、过弯和过分支管道能力,一旦进入类似水库涵管等内部有风化凹坑和固体障碍物的管道,则无法实现避障前行,这限制了当前已有的管道机器人在水库涵管内的应用。针对这一问题,本论文研制了一种伸缩式六支撑轮管道检测机器人,主要研究内容包括机械本体、视觉检测导航和控制系统的研究和设计。主要内容如下:1)根据水库涵管的内部环境,采用伸缩式六支撑轮机械本体和驱动轮可转向的行走方式,通过调整机器人在管内姿态角实现避障。对管内拖动力、转向阻力进行计算,完成结构设计。2)采用摄像头观测管内的缺陷,同时通过机器视觉分析实现管内导航。利用Matlab图像工具箱编程,经过图像灰度变换、去噪、二值化处理,再由膨胀和腐蚀运算分离管内障碍物信息,最终填补图像空洞,分析每个连通域特征以获取管道中心和障碍物中心,由算法计算出障碍角用以调整管道机器人姿态进行避障。3)完成下位机控制器设计,通过RS232串口与上位机通讯,接收上位机指令解析后控制电机的运行,实现管道机器人的管内自主导航。同时,预留有下位机人工控制模式,必要时刻由按钮控制管道机器人排险脱困。4)完成管道机器人的样机研制,并搭建试验管道,进行管内爬行和视觉自动导航试验研究。管道机器人的尺寸变化范围为φ500mm±10mm,由试验结果得出,机器人拖动力达到149N,并验证了伸缩式六支撑轮管道机器人可实现管内调姿态避障前行,满足水库涵管检测需要。