地下电缆由于具备诸多优点,逐渐取代架空线路成为城市配电网络的主导。在给人们来便利的同时,地下电缆和电缆管廊使用过程中也会带来一系列问题。为了防止事故的发生,需要对电缆管廊的环境进行监测。针对国内外电缆管廊环境监控系统的不足,本文结合球形机器人技术和无线自组网技术,研制球形机器人组群,以球形机器人为节点,构建无线传感网络,既能对电缆管廊进行日常监测,预防事故的发生,又可在发生火灾或水灾等重大事故时投入使用,获取事故现场的实时信息,为救援工作提供指导。本文的主要研究工作如下:首先,对基于移动传感网络的电缆管廊环境监测系统进行整体设计,将系统分解为3个主要部分,并对各个部分进行分析。球形移动节点部分,对比多种不同的驱动方式,选择内置小车驱动的方式作为球形移动节点的实现方案;无线通信网络部分,对比分析多种通信技术,根据通信特点,确定通信网络的无线模块;地面监控中心部分,分析了地面监控中心的功能与特点。其次,基于拉格朗日方程法,构建了球形机器人的动力学模型,并在Simulink环境下搭建模型,通过直行运动实验和转向运动实验来验证模型的正确性。在开环控制的基础上,引入闭环控制,分别设计位置模糊控制器和速度PID控制器,以实现平衡点稳定控制和动态稳定控制。在Simulink环境下进行仿真实验,分别实现了对球形机器人的位置和运动速度的控制。再次,分别基于ZigBee和WiFi技术,设计了2套无线自组网方案。在基于ZigBee的无线通信自组网方案中自定义一套自组织协议,并对网络建立与运行中的一些问题进行分析说明。在基于WiFi的无线通信自组网方案中,根据WiFi网络的特点,设计Ad Hoc网络的建立方案,对组网过程中TCP/IP连接的建立和网络中的数据传输等问题进行分析说明。最后,对球形移动节点和无线自组网进行软硬件设计与开发,研制球形移动机器人组群样机,并通过实验验证了系统中球形移动节点的运动控制和无线通信网络的建立与数据传输等功能。本文的研究工作,将球形机器人技术和无线自组网技术相结合,可推广至其它的设计与实践,也可在电缆管廊环境监测领域进行更加深入的研究。