走钢丝机器人是一种能够保持自平衡并行走于拉紧的钢丝之上的机械系统。该类机器人的命名源自于人类的高空走钢丝运动,目的在于揭示走钢丝运动的内在规律,并能够在机械装置上实现这种稳定平衡运动方式。本文研究的基于平衡杆控制的走钢丝机器人与利用飞轮陀螺效应的控制方式有着本质的不同。这种基于平衡杆的控制方式更接近于现实生活中的走钢丝运动。目前针对这类控制方式的走钢丝机器人的研究还不多,已知的研究也是理论性的分析探讨,还没有文献报道过该类机器人样机的实验。本论文首先对走钢丝运动进行了初步探讨,建立了以纯转动控制平衡杆来实现系统稳定平衡的拉格朗日动力学模型。并基于部分反馈线性化方法设计了控制策略,将电机的输出力矩作为系统输入,选取机器人横滚角度及其角速度、转杆相对机器人本体的转动角度及其角速度作为系统的四个输出变量,建立了系统的控制器。通过Adams软件对机器人的平衡运动进行了计算机仿真,结果验证了该控制器的有效性。文章进一步设计了该类机器人的物理样机,并搭建了以DSP28335为核心处理器的测控系统,配置了MTi陀螺仪和光电码盘等传感器。样机的实验结果表明,以转动控制可以实现机器人在刚性导轨上的稳定平衡。考虑到走钢丝运动中,手臂对平衡杆的操作既有转动控制又有左右平动控制,于是改进了机器人结构,利用转动耦合平动来控制。采用相同分析方法,基于新机器人的运动仿真控制和物理样机实验验证了控制器的有效性,以及自平衡收敛速度和抗干扰能力的提高。高性能的机器人样机为柔性钢丝实验提供了平台,而在柔性钢丝底座上的实验恰好进一步验证了控制器的性能,同时也完成了该系统的刚柔耦合控制实验。本论文关于走钢丝机器人的研究沿循了从简入手,逐步深化的研究方式。完成了两种结构的走钢丝机器人的分析和样机实验,丰富了基于平衡杆控制的走钢丝机器人领域的内涵。