架空输电线路巡检机器人作为辅助和代替人工巡线的智能工具,近年来成为研究热点,与之相关的研究也取得了很大进展,但目前研制的巡检机器人系统在越障时运动规划较为复杂,导致越障效率较低且在越障过程中存在安全隐患,受通信距离和电池的续航能力的限制,巡检机器人的作业范围较为有限,这些问题严重制约了巡检机器人实用化的发展。本文以实现巡检机器人在无人监控条件下的长距离自主运行为主要目标,综合分析了架空输电线路导线和地线的线路环境特点,系统地提出并研制了由无阻挡型地线道路、巡检机器人本体、太阳能充电基站设备、地面基站和自动上下线装置组成的沿地线穿越越障的巡检机器人系统平台；以此为基础,对巡检机器人的行走轮打滑辨识与控制方法、自主越障方法和自主充电对接控制方法等关键技术进行了深入研究,分别解决了巡检机器人在档段间直线行驶的打滑滞留问题、在有障碍段的自主越障问题以及在线补给能量时的自主充电对接问题；本文设计研制的巡检机器人系统和研究的各关键技术在模拟线路上通过了实验验证,并在实际的架空输电线路上进行了示范运行。运行结果表明,该巡检机器人系统可以有效地辨识和控制自身在长距离行驶过程中产生的打滑现象,能够安全高效地自主穿越地线道路上的各种障碍物,可以较快地完成自主充电对接,实现电能的在线补给。通过本文的研究,极大地提高了巡检机器人的安全性、工作效率和续航能力,实现了巡检机器人在无人监控条件下自主完成长距离巡检任务的研究目标。本文主要的研究内容和创新有：1)系统地提出了沿地线穿越越障的巡检机器人系统的总体构架,设计并研制了系统的各主要组成部分：无阻挡型地线道路、巡检机器人本体、太阳能充电基站设备、地面基站和自动上下线装置。巡检机器人系统是巡检机器人在无人监控条件下长距离自主运行的基础,为研究巡检机器人打滑控制、自主越障和自主充电对接等关键技术提供了整套研究平台。2)针对巡检机器人在行驶过程中的打滑问题,通过对机器人行走轮的受力状况进行分析,深入剖析了巡检机器人行走轮产生打滑的原因,建立了机器人行走轮的打滑检测模型,提出了打滑辨识方法和打滑控制方法,设计了基于模糊控制方法的机器人打滑控制器。在不同坡度的模拟线路上进行实验和现场示范运行结果表明,该控制方法能够对机器人行走轮的打滑现象进行有效控制,减小了机器人的能量损耗,提高了机器人行走轮的使用寿命,为巡检机器人长距离运行提供了前提条件。3)针对无监控条件下架空输电线路巡检机器人的自主越障问题,基于巡检机器人的穿越越障方式,对输电线路中的障碍物结构特点进行了全面分析,提出了面向障碍物群和各机构对象的巡检机器人自主越障方法,将机器人的各种运动封装为各机构对象的动作单元,通过不同的动作单元连贯成单元序列完成机器人的穿越越障。在模拟线路和实际线路上进行了大量越障试验,验证了该自主越障方法的正确性和可行性。4)针对巡检机器人通过太阳能基站在线取能时的充电对接控制问题,提出了一种基于坡度信息位置反馈粗定位、图像视觉伺服精定位、压力传感器反馈对接状态的自主充电对接控制方法,并采用变论域模糊控制方法设计了模糊控制器,对基于图像处理的视觉伺服精定位进行控制。通过在模拟线路和实际线路上的充电对接实验,验证了该自主充电对接方法正确性和可靠性,能够满足巡检机器人自主充电对接的要求。5)阐述了沿地线穿越越障的架空输电线路巡检机器人系统在无人监控条件下的示范运行过程,通过在长达20km的架空输电线路上的现场运行,验证了巡检机器人系统的各项关键技术在实际运行过程中的有效性和稳定性,通过得到的线路巡检图像,证明了穿越式巡检机器人系统能有效覆盖巡检线路及其局部细节,实现无盲区巡检,并能帮助工作人员及时发现高压输电线路存在的安全隐患,达到了在无人监控条件下进行长距离巡检工作的最终目的。