我国核电事业迅速发展,核电站特殊环境下利用机器人技术进行设备的日常检修维护、核辐射的检测与预警、核事故的处理与救援已受到高度的重视。移动机器人被广泛用于反恐排爆、太空探测、灾难救援、智能工厂等众多领域,也是核工业机器人最常见的形式。利用移动机器人进行RCV(核电机组化学和容积控制系统)过滤器的更换属于核电站设备日常检修工作的一种,其中移动载体作为最关键的子系统,肩负着在复杂核电站内部环境下顺利通过、运输等重要任务。针对典型的核电站内部复杂环境,本文通过载体构型分析、机械传动系统、驱动系统的设计,完成了实验样机的详细设计,并对载体控制系统做了关键的设计分析。为了进一步准确的分析移动载体的关键性能,本文对载体进行了运动学与力学分析,在传统履带式车辆转向理论的基础上,进一步细化转向模型,考虑履带外履齿接地与质心偏移的影响,推导了打滑条件下原地转向时载体转向阻力矩、牵引力矩、转向角速度的计算公式;对载体爬越台阶进行力学分析,得到摆臂力矩的求解方法。接着,本文根据前文理论基础推出载体实现原地转向的边界条件,并将滑转率作为评价载体转向灵活性的关键指标;然后利用CoM法对载体的越障过程进行稳定性分析,建立了越障几何方程与质心方程,求得质心的可行域。上述工作为移动载体的设计打下了理论基础。以往核工业机器人主要采用主从式操作策略,对操作者的经验与技能具有很高的要求,本文开发了基于机器视觉与模糊逻辑控制的自动导引系统,可以实现载体的自动运行,并适用于某些定位精度要求高的工作任务。文章对导引误差进行建模分析,提出影响导引精度的关键因素。最后,基于虚拟样机技术,设计了机电一体化协同仿真策略,对前文设计的样机和进行的理论分析进行了仿真实验。实验证明:计及打滑的原地转向分析方法更加接近载体实际转向过程;对于履带式机器人,模糊控制策略获得良好的实验效果,并优于PID控制方式;载体在低速运行、结构参数合理、硬件快速响应的情况下,更有利于提高载体的跟踪精度。本文在核工业机器人移动载体的机械结构上做出了大胆的创新,所设计的传动与驱动系统使载体整体布局紧凑,容易实现载体小型化,电子器件的布置更加有利于进行核辐射防护;对载体转向理论与稳定性能的分析方法进行了改进,使计算结果更加接近实际情况;开发了适用于履带行走机构的自动导引系统,并建立了路径跟踪误差模型,基于模型分析了影响导引精度关键因素;最后利用协同仿真技术进行虚拟样机实验,对载体的性能进行了研究分析。