巡线机器人是一种应用于高压输电线路巡检的特种机器人,它可以在输电线路上长时间运行并利用自身携带的检测设备对输电导线及线上金具进行自动检测作业,从而可大大降低电力工人的劳动强度和危险性,提高巡检效率及质量,保障输电线路的稳定运行。实现机器人巡检的主要难点在于其自主越障能力,输电线路上一般安装有防震锤、线夹、间隔棒等多种障碍物,制约了巡线机器人的远距离大范围巡检。因此必须研究灵活的越障方式、可靠的越障机构及控制方法,才有可能实现机器人自主巡线。　　 本文在相关研究基础上设计了一种新型的双臂式巡线机器人,并围绕机器人自主越障过程,针对不同越障阶段的系统模型,分别进行了基于模糊逻辑的回转式越障控制、基于能量方法的对称直线移动式越障控制以及基于视觉伺服的手臂抓线控制研究,论文的主要工作包括:　　 ①对巡线机器人的研究意义、背景及国内外发展现状进行了综述,从机械结构、控制系统、信息融合、续航能力四个方面对巡线机器人关键技术和发展趋势进行了分析,并总结了研究过程中的难点和重点。　　 ②通过对巡线机器人工作环境和障碍物类型的分析,设计了双臂式机器人机构,并针对不同跨距的障碍物,设计了回转式和对称直线移动式两种不同的越障方式。采用递阶式控制结构,利用模块化的方法设计了巡线机器人的控制系统,包括基于ARM的机器人主控制器、基于ASIC的运动控制系统、基于多传感的信息感知系统和基于DSP的视觉系统。设计了自主控制、远程遥控、手动控制三种控制方式,以适应不同的应用环境。通过远程遥控的方式进行了巡线机器人的越障实验,验证了系统的有效性。　　 ③针对回转式越障控制问题,采用拉格朗日方法建立巡线机器人的动力学模型,设计了基于确定模型的线性控制器,并通过仿真实验得出线性控制在面对系统不确定性时的局限性。利用模糊逻辑对系统不确定性以及摩擦力进行补偿,提出了一种基于自适应模糊逻辑的轨迹自动跟踪方法,并使用Lyapunov方法证明了其稳定性。该方法可实现对回转式越障过程的轨迹跟踪,能够有效控制机器人的起臂和回转运动,并得到仿真实验的验证。　　 ④针对对称直线移动式越障控制问题,应用拉格朗日方法分别建立了巡线机器人起臂过程和对称直移越障过程的欠驱动系统模型,通过分析模型的无源性,设计了基于系统能量的运动控制器,并应用LaSalle不变性原理证明了系统的稳定性。在进行稳定性分析的同时,提出了一种使系统收敛到期望平衡点的控制器参数选择方法。利用提出的控制器及参数选择方法,可实现系统从任意初始状态到期望平衡状态的稳定控制。　　 ⑤针对巡线机器人越障过程中的手臂抓线问题,提出了一种基于图像的视觉伺服控制和基于有限状态机的辅助控制相结合的混合控制方法。该方法采用eye-in-hand的摄像机配置方式,通过分析摄像机与导线之间的空间关系,构造了特征点深度估计函数和系统的特征雅克比矩阵,并利用输电线在图像中的特征信息,设计了基于图像的视觉伺服控制器。为保证特征点始终保持在摄像机视野内,使用势函数的方法对图像特征进行分类,设计了基于有限状态机的辅助控制器。实验结果验证了该方法的有效性,实现了机器人手臂的自动抓线控制。