走钢丝运动充分体现了人类在自身平衡控制方面的能力。为了阐明人类在走钢丝时的运动规律,开拓新的研究平台,科学家们尝试着在机械结构和控制方法上实现机器人在钢丝绳上的稳定行走。首先,本论文通过对已有的走钢丝机器人动力学模型进行控制算法的研究,设计了四款控制器。分别利用中心流形定理来镇定走钢丝机器人系统的零动态,设计了基于指数趋近律的滑模控制器;利用霍尔维茨稳定性,设计了基于等速趋近律的滑模控制器;通过对走钢丝机器人系统状态因子逐个考虑、逐级控制,设计了串级滑模控制器;通过建立走钢丝机器人的T-S模糊模型,设计了基于并行分布补偿方法(PDC)的模糊控制器。针对四种控制器分别进行了 MATLAB/Simulink仿真,仿真结果验证了控制器的有效性。其次,本论文为走钢丝机器人设计了新的平衡机构,从控制方式和机构体积方面优化了原有的控制结构。我们根据新的机械结构利用拉格朗日方程建立了新的动力学模型,并为新的动力学模型设计了基于T-S模糊的模糊控制器,同时进行了 MATLAB/Simulink仿真。最后,本论文完成了机械加工和器件选型,搭建了新的实物样机,为实物样机试验奠定了基础。走钢丝机器人是一类典型的非线性、强耦合、欠驱动时变系统,其动态稳定静态不稳定特性具有非常高的研究价值。该类机器人的研究和发展为控制科学领域和机器人学领域带来了新的挑战和机遇,具有十分重要的意义。本论文通过对已有的成果进行深入研究,进而提出新的结构及控制方法,丰富了走钢丝机器人领域的内涵。