随着人类社会的发展和科学技术的进步,我国基础工程建设和自然资源开发正在以前所未有的速度蓬勃发展,出现了大量的深部巷道和隧洞。由于对深部巷道和隧洞开发技术不够成熟,近年来出现了大量岩爆事件,因此设计研发动力灾害物理模拟试验系统势在必行。本课题研究的小型岩孔检测机器人是动力灾害物理模拟试验系统中监测和测试系统的主要部分,通过对岩孔内破裂面演化和微破变演化信息的反馈,完成对开挖岩孔的检测任务。本文首先对国内外管道检测机器人技术和管道检测方法的研究现状进行了综述,综合国内外相关科研成果以及技术手段,结合课题要求,提出了小型岩孔检测机器人的整体设计方案,包括机器人系统方案选择、系统组成与功能确定以及机器人本体结构方案的选择与设计,通过求解力学特性方程的方式对预紧变径机构进行了详细分析,并对驱动电机进行了计算选型。其次,对预紧变径机构进行了分析与设计,包括结构设计、死点分析、运动学建模、支撑力分析和变径范围分析。利用ANSYS软件对电机连接轴进行了预应力模态分析。利用ADAMS软件对弹簧预紧变径机构进行了仿真研究,包括变径范围仿真、弹簧形变量仿真以及轮腿关节仿真。分析结果表明:电机连接轴和预紧变径机构的设计均符合技术要求。然后,对实际工作过程中的机器人进行了整体动力学分析,包括线缆拖动力计算、牵引力分析、姿态角分析、爬坡分析和越障分析,并根据受限力学理论对小型岩孔检测机器人在岩孔内移动的稳定性进行了分析。分析结果表明:驱动电机能够提供机器人运动所需的动力且机器人在岩孔内运动稳定。最后,对机器人的控制系统进行了设计,包括上位机系统和下位机系统的联合设计。对试验样机进行了性能测试试验,包括密封试验、行走速度测试试验、牵引能力测试试验等,验证了前面理论分析的正确性,对小型岩孔检测机器人的进一步研究和优化具有重要的参考作用。