当今机器人行业发展迅速,机器人越来越多地替代人工被应用在各个领域。常见的工业用机器人多为刚性机器人,其安装和工作空间都较大,多适用于结构化空间。而对于核设备检修、有毒物质采样、灾害救援、管道监测等非结构化工作环境,因具有环境信息非固定、难以描述、结构尺寸变化没有规律等问题,常规刚性机器人难以适应其环境特点,因此需要柔性臂机器人发挥作用。气体绝缘封闭式组合电器(Gas lnsulated Switch gear,简称GIS),在电力系统中占据重要位置,本次选题主要是针对GIS检修环境下柔性臂机器人的结构设计和优化创新。GIS气体绝缘开关设备管道纵横交错,内部空间狭窄,存在很多未知因素,目前多采用人工检修的方式,工作难度大且具有安全隐患,因此需要研制外形尺寸和承载载荷都符合要求的柔性臂机器人来代替人工进行作业。为了同时适应在水平和竖直腔体中的作业要求,在非结构化环境中完成工作任务,需要机器人具有更好的灵活性和避障能力,因此柔性臂机器人的结构设计和运动控制是解决其环境适应性和实用性的关键问题。本文通过分析现有的柔性臂机器人的结构设计和运动控制方法,设计了一种绳驱式多冗余自由度柔性臂机器人,主要由驱动装置、运动装置和推送装置三部分组成,驱动装置与运动装置分开设计,大大减轻了运动负载,同时新增一推送装置,优化了整体结构。本文使用solid works和Vrep软件对柔性机械臂机器人进行了结构优化设计和运动学建模,用D-H参数法分析机械臂的位姿变化关系,评估柔性机械臂在三维空间中的运动姿态和工作空间;在此基础上,通过对机械臂的逆运动学分析,进一步评价其空间避障能力,结合应用场景需求,从多个角度分析实体安装后柔性机器人设计的合理性以及工作要求实现的可行性;通过Vrep仿真,验证了本课题设计的绳驱式多冗余自由度柔性机械臂在三维空间中具有良好的弯曲特性和灵活的避障能力,运动轨迹近似呈平滑曲线,能够满足GIS腔体这种非结构化狭窄工作环境下的作业要求。通过本课题的研究工作,完成了狭窄作业空间中高冗余度柔性臂机器人的构型设计,结合场景需求开展了机构参数的迭代优化,提高了机器人在作业空间中的避障能力,基本达到了课题的设计要求,为今后该柔性机械臂机器人的进一步深入设计和研发提供借鉴,具有一定的参考价值。