双臂巡线机器人是为实现输电线路自动巡检功能而设计的机电一体化设备，其目的是为了提高巡检质量和效率，减少巡检死角，改善工人劳动强度。在巡检过程中要求机器人具有自主越障功能，而其运行过程受诸多因素的影响，机构设计和自动控制一直是制约其研究进展的两个难点。本文在只考虑重力因素对机器人影响的前提下，对巡线机器人中几个主要的非线性问题进行了研究，并对巡线机器人的控制系统设计进行了探讨。主要研究内容如下：　　 ⑴对巡线机器人的研究意义和发展现状进行了阐述，分析了设计中的关键技术和主要难点。对欠驱动机械系统及其控制问题进行了介绍，回顾了欠驱动系统的主要研究方法，并分析了巡线机器人的欠驱动问题。　　 ⑵根据高压输电线路典型障碍物的特点，提出了双臂自平衡巡线机器人的机构设计思路和越障机理。分析了巡线机器人控制中的一些难题，针对运动控制中的重力平衡约束，分别建立了其运动学模型和简化的动力学模型，提出了运动控制中所需要解决的几个非线性控制问题。　　 ⑶针对双臂巡线机器人的机构特点和越障需要，利用旋量法建立了其正向运动学方程，并得到了其末端期望位姿应满足的条件。按照力学平衡原理对悬点处的自由关节与其他驱动关节之间的关系进行分析，得到了机器人运动学中的静力学约束条件。通过正向运动学和约束条件的综合，分析了机器人末端手臂的可达空间，并使用最优化方法，解决了其力学约束条件下的逆运动学求解问题。　　 ⑷利用Lagrange方法建立了巡线机器人简化模型——球杆系统的动力学方程，将未配置的部分反馈线性化方法和H∞鲁棒控制方法相结合，实现从初始平衡点到指定平衡点的定点运动。为了简化控制器设计，提高控制效果，将部分反馈线性化和Yamada全局线性化相结合，推导了适合于欠驱动系统控制的全局近似线性化控制器，并将其应用于球杆系统中。这种全局线性化方法对于平衡流形附近的运动控制较为有效，能较好地解决系统的定点控制问题。　　 ⑸针对初始点是非平衡点的全局稳摆控制问题，提出一种基于能量的稳摆控制方法，分别给出了期望点为零点和非零点的反馈控制律，通过Lyapunov分析给出了使系统稳定于期望点的参数选择规则，实现了巡线机器人简化模型在给定平衡点的稳定控制。针对平移关节运动范围受限的稳摆控制问题，分析了其全局稳定控制方法，分别给出基于不同系统结构的切换控制策略和基于Lyapunov方法的控制算法，实现运动关节受限条件下的稳摆控制。　　 ⑹针对期望位置是系统的非平衡点的控制问题，采用基于周期性振荡输入的控制方法。通过观察Poincare截面图中截点的运动情况，提出由增幅、粗调、细调、恒摆四个阶段构成的摆起控制策略。增幅阶段通过在两种不同振幅的振荡输入之间的不断切换来实现，粗调阶段利用Poincare截点近似轨迹的参数构成反馈调节律对输入振荡的振幅进行调整，在细调阶段利用Poincare映射的Taylor展开式寻找输入振幅与系统能量之间的近似关系，由此构成细调控制律，最后用维持力矩使系统作单摆运动，保证系统每个周期都能摆动到期望点。　　 ⑺针对巡线机器人的机构特点和运行环境，利用分层递阶结构方式构建其控制系统，设计了基于PC104+ARM9的多处理器机器人控制器，并基于CAN现场总线设计了各控制单元之间的通信网络。针对巡线机器人越障中的复杂动作过程和运行环境，提出基于规则库的自主行为规划控制策略和基于图像传输的远程控制方法，提高了机器人越障的可靠性。　　 最后，对取得的研究成果进行了总结，并展望了需要进一步开展的研究工作。