在核设施、石油天然气、电力等领域中,管道应用比较广泛,同时管道安全对生产的正常运营起着非常重要的作用。随着管道的布置以及应用的环境的复杂程度不断的提高,对管道机器人的结构和完成的功能也提出了更高的要求。本论文针对实际运用过程中复杂核电管道系统,该管道系统中有锐角弯、直角弯、钝角弯和T型弯,其中管道环境的空间布置,不仅有水平管路还有很多垂直管路。其中最难的部分是设计管道机器人的结构能够通过直角过渡的T型管道。所以本课题意在设计一款多节机器人,可以实现上述管道的遍历。基于提高管道机器人在管内的通过性和转向性能的要求,本文采用模块化的设计理念对管道机器人的结构进行设计,管道机器人的结构设计主要包括前驱动模块、后驱动模块、连接单元三个部分,其中前后驱动模块相同,对管道机器人的自适应管径调节机构进行改进,提高了管道机器人在变径管道的适应性和径向收缩性,对管道机器人的连接方式进行改进,使得连接方式具备主动性和被动性,使得具备通过T型管道,最后通过三维制图软件建立了管道机器人的三维模型。建立了管道机器人物理模型,进行相关的动力学和运动学研究,主要包括对自适应管径调节机构的进行动力学分析,建立相关的数学模型,对管道机器人的越障能力进行分析,得出影响越障能力的因素,计算线缆在不同管道中所受的力,计算得出管道机器人在L型管道和T型管道中几何约束模型,在L型弯管和T型弯管中分别建立了各驱动轮过渡阶段和旋转阶段的接触点数学表达式,分析驱动轮的输出角速度和管道机器人主体的运动速度之间的数学关系,对驱动轮的转速进行数学分析,根据分析结果,分别对管道机器人在T型和L型管道进行路径规划。基于虚拟样机技术对管道机器人在T型和L型管道中进行通过性仿真实验,得出管道机器人驱动轮的速度和轨迹曲线。仿真结果表明本文设计的管道机器人满足相关的设计要求,可实现在多种复杂管道尤其T型管道中的稳定运行。最后对管道机器人的关键零部件进行有限元分析,优化机器人相关结构。