当前,变电站中的气体绝缘金属封闭开关（Gas Insulated Switchgear,GIS）设施发生故障后,检修人员往往通过内窥镜检查气室内部情况,甚至在严重的故障发生后,检修人员需要进入GIS管道内部进行探测,然而,受限于GIS管道的尺寸和复杂的内部结构,传统的检测方法存在工作量大、检测效果差、检测效率低的问题。现阶段,多数研究所涉及的管道机器人相对于管道截面体积较大、不具备避障能力或只能在管道底面运动,不能满足具有复杂内部结构的GIS管道内部检测工作的需求。针对这一现象,本文研究了一种微型四足爬壁机器人,具备实时运动控制和航迹推算等功能,可替代手持内窥镜,实现对GIS管道的全方位自动化勘测。基于GIS管道的内部结构特点,进行了机器人整体方案研究。分析了管道四足爬壁机器人机械结构的设计需求,以壁虎为仿生对象,研制了一款基于负压吸附的微型四足爬壁机器人;机器人系统包括机载端和上位机监控端,两者之间实现无线通信;根据四足爬壁机器人控制系统的需求,对机器人的各个模块进行硬件设计,并基于Free RTOS开发了机载端的控制软件;同时,分析上位机系统框架以及任务需求,基于Delphi开发了机器人的上位机软件,实现对机器人的无线操控和监测。对机器人进行步态规划和运动控制方案设计,实现在管道内的全方位爬壁运动。基于机器人腿部运动学模型和静步态理论,规划了机器人的轴向步态、圆周步态、以及克服机器人偏航问题的航向调整步态,并提出了一种保证吸附到位的单腿运动控制策略;根据机器人步态的特点,基于有限状态机理论,实现机器人的运动控制,使得机器人能够在不同状态下任意切换,实现了在管道内的全方位爬壁运动。研究了机器人的航迹推算系统,实现在封闭管道内的相对定位。航迹推算传感器系统由一个微型、低成本的嵌入式惯性测量单元和光学导航传感器组成,结合传感器系统的测量值和机器人的运动学模型,提出了一种基于拓展卡尔曼滤波器的多传感器信息融合航迹推算算法,航迹推算算法融合了传感器系统的冗余和互补信息,计算机器人在参考坐标系上的位姿,实现了机器人在封闭管道内部的相对定位。为测试步态规划及运动控制的合理性和航迹推算系统的有效性,使用机器人样机在不同管道进行全方位爬壁实验。机器人能自适应不同的管道工况,实现在管道内的全方位爬壁运动,且可及时进行航向调整,运动过程具有较高的稳定性;航迹推算系统的估计结果与实际运动轨迹基本一致,实现了较好的定位性能,验证了航迹推算系统的有效性。