带电作业是现代电网最常用的检修作业方法,可以实现电网的不停电检修与维护,为电网的供电可靠性提供重要保障。带电检修机器人可以辅助甚至替代人工进行带电作业,一定程度上解决了人工作业效率低、可靠性差及危险性高的不足,为带电作业开辟了新的途径。针对当前电网企业带电作业对象多元化及对作业过程自动化的迫切需求,本课题研究开发了一种面向绝缘子(辅助)更换和耐张线夹引流板螺栓紧固双作业任务的高压输电线路末端功能可重构带电检修机器人,通过机器人移动平台搭载不同末端工具完成不同作业功能。为提高机器人的作业效率、作业可靠性及实用化程度,在作业过程中,着重对机器人机械手自主定位控制、作业运动轨迹规划与优化、作业臂鲁棒运动控制、关键作业状态的在线监控等几个相关关键问题进行了深入研究,本文的主要内容及其研究思路如下所述:(1)带电检修机器人作业末端重组功能的设计与实现。针对目前机器人作业功能单一及移动机器人平台利用率低的问题,提出了一种面向多作业任务的模块化末端重构方法,并实现了机械、电气、软件系统可重组的双作业臂带电检修机器人系统平台的开发,在通用移动机器人平台的基础上,通过作业机械手的重组来完成不同作业功能,提高了机器人移动平台的利用率,满足了作业对象多元化的需求。(2)带电检修机器人机械手自主定位控制。为提高机器人的作业效率和作业可靠性,提出了一种基于运动学和机器视觉的双闭环机械手自主定位控制方法,其中一个闭环实现机械手的粗定位,另一个闭环实现机械手的精定位,建立了双机械手的运动学模型,基于BP网络求取了机械手运动学逆解,设计了自主定位控制器,通过仿真实验验证了算法的有效性,以引流板螺栓紧固作业为例,现场试验验证了算法的工程实用性。(3)带电检修机器人作业臂关节运动轨迹规划与优化。针对机器人作业过程点对点轨迹运动的连续、平滑、稳定及全局关节状态约束的问题,提出了一种基于时间标准化的改进N次多项式轨迹规划算法,将关节运动时间作为关节轨迹的性能评价参数,通过求解最优运动时间解决了关节位置约束问题,以此为理论基础并结合动力学提出了关节速度、加速度状态约束控制方法,通过仿真实验验证了改进算法的优越性,现场作业试验验证了方法的工程实用性。(4)带电检修机器人作业臂鲁棒运动控制。针对作业现场的扰动及各种不确定性因素对于机器人作业臂运动控制性能影响的问题,提出了一种基于H∞理论的机器人作业臂鲁棒运动控制方法,通过作业臂不同动作的统一运动控制模型,构建了多臂多动作机器人系统的H∞运动控制模型,以带电检修机器人为研究对象,通过线性矩阵不等式(LMI)求解了H∞控制器,通过仿真验证了算法的有效性,现场作业试验验证了方法的工程实用性。(5)带电检修机器人作业状态在线监控方法。在机器人机械手自主定位控制的基础上以螺栓紧固作业为例提出基于力反馈的机器人螺栓拧紧状态在线监控方法,实现了螺栓拧紧状态的实时在线监控,提高了作业可靠性和可操作性,仿真实验和现场作业试验验证了方法的有效性和工程实用性。