由于旋翼飞行机器人具有定点悬停、低速低空、垂直起降等其他飞行器所不具备的飞行特点,经过近十多年的发展,旋翼飞行机器人已经广泛应用于侦查、巡逻等领域,但这些作业主要是对环境的观察与感知。通过将飞行机器人与操作臂结合所形成的飞行操作臂是最近新提出的一种设计概念,飞行操作臂能够将人的手带到空中以完成许多其他机器人所无法完成的作业任务,进而拓展其原有应用范围。飞行操作臂特别适用于在人类难以到达的恶劣环境进行遥控或者自主作业。本文以输电线路维护与检修所必须的输电线缆割断为着眼点,期望以通过飞行操作臂的设计与实现来完成偏远山区输电线路损毁时的线缆割断操作以保证电网的安全的任务为背景来验证飞行操作臂的控制方法。本文首先分析了飞行操作臂系统的国内外发展现状。随后基于载重量限制与线缆割断要求设计了操作臂的结构,并提出了基于液压的操作臂驱动系统以保障作业过程中的安全和剪切力。通过对输电线缆的割断作业,验证了该操作臂机构的有效性。作为仿真分析与控制器设计的基础,基于D-H方法建立了该操作臂的运动学模型,并基于拉格朗日方程建立了操作臂的动力学方程。在控制设计部分,为解决操作臂与飞行机器人相互耦合的问题,提出了将两者的相互作业力/力矩分别作为扰动项纳入控制器设计约束的方法,建立了基于H∞的鲁棒控制器以解决扰动抑制问题以保证作业过程中的飞行安全,仿真实验表明所提出的鲁棒控制方法能够有效地解决对两者相互耦合作用的影响。针对作业过程中操作臂轨迹规划的需要,建立了末端机构到操作臂各关节的逆运动学模型并建立了对应的轨迹规划方法,通过直线作业轨迹验证了规划方法的有效性。本文主要完成了操作臂的结构设计和电气集成调试、操作臂运动学与动力学模型建立、鲁棒控制方法设计、轨迹规划方法设计,完成了所提方法的仿真并进行了实验验证,最后给出了仿真与实验结论。