随着我国公路、高速公路、铁路以及高速铁路的迅猛发展,桥梁数量也在迅速增加,我国已经成为世界上第一桥梁大国。我们在加大桥梁建设的同时,对桥梁的检测和养护工作也需要加紧步伐,减少桥梁隐患所带来的交通事故。目前,我国乃至世界上桥梁检修都是人工或者半人工检修,效率低,风险大,还会经常出现误检漏检的情况。因此,随着传感器技术,机器人技术以及影像处理技术的迅速发展,研发高科技的自动化桥梁检测机器人自然成为了一个很重要的课题。本文依托于导师与湖南省交通科学研究院联合的研究课题“智能化桥梁检测机器人装备及系统研究”,目标是研发自主桥梁检测机器人,实现智能化的桥梁检测。在桥梁检测机器人系统中,采集末端的位姿信息不仅为采集路径规划提供了实时信息,也为后续的桥面图像的拼接等处理提供了先验知识,是整个桥梁检测机器人系统完成自主桥梁检测的基础。为完成桥梁检测机器人采集末端的实时位姿估计,在分析了桥梁数据采集实际环境的基础上,进行了采集末端位姿估计方案和算法的研究。主要研究内容如下:(1)进行了基于序列2D结构化线特征的桥梁结构线检测的研究。在分析了常见桥梁的结构化线特征和线轮廓模型的基础上,研究了基于Hough变换和基于LSD的结构化线特征的检测,提出了一种直线段合并的算法,以及基于结构化线特征的角结构特征和结构化轮廓特征的检测算法,并设计了仿真实验对算法进行了验证。(2)在序列2D结构化线特征检测的研究基础上,进行了采集末端位姿估计算法的研究。首先研究了欧式空间中的几何变换,单应性变换,介绍了位姿估计参数的解算以及本文的位姿估计流程;然后在假设-检验框架下实现了初始位姿估计,提出了一种新的直线距离度量规则;接着在最小二乘框架下实现了连续位姿估计,并提出了一种加权最小二乘算法;最后对两种位姿估计算法进行了仿真验证。(3)在分析了桥梁检测机器人系统的基础之上,设计了桥梁检测机器人采集末端的位姿估计系统。结合桥梁的2D结构特征,采用了基于树莓派和Hokuyo单线激光器的硬件系统,研发了基于序列2D结构化线特征的末端位姿估计方案。最后,介绍了基于本算法的位姿估计系统在实际桥梁检测中的应用。