带电作业机器人是智能电网电气设备不断电检修的发展和趋势,它能有效提高智能变电站的检修效率与经济效应,大大降低事故的发生率与人员伤亡率。随着我国新一代智能变电站的推广建设,国内对带电作业机器人的需求明显增加,因此有必要对带电作业机器人开展相关技术研究。本文针对某110 kV智能变电站隔离断路器的不断电检修任务,对带电作业机器人进行了系统设计与轨迹规划研究,并研制出实验样机。具体研究内容包括:(1)对某智能变电站的现场环境和带电作业的操作对象进行了简要分析,并在此基础上根据机器人的系统设计要求确定了机器人的整体结构组成和配套的专用工具。为了保证整个带电作业过程的安全有序进行,制定了带电作业机器人的操作流程。(2)利用D-H参数化方法对操作平台使用的的库卡机械臂进行运动学建模并建立了相应的坐标系,求出了连杆参数。利用齐次变换矩阵求出了机械臂运动学的正解表达式,利用封闭解析法求出了机械臂运动学的逆解表达式,并使用matlab robotic工具箱验证了表达式的正确性。在此基础上,建立了机器人操作平台的运动学模型,将目标位置点在世界坐标系下的位姿通过矩阵变换转换成机械臂末端坐标系相对于基坐标系的位姿,通过运动学逆解求出机械臂到达目标位置时各关节所对应的角度,为后面的轨迹规划奠定了基础。(3)为了确保带电作业机器人在高压变电站环境下能够安全作业,本文按照机器人的操作流程对其相地、相间安全空间进行了分析,提出一种附加约束条件的蒙特卡洛法来求解相关的安全作业空间。同时,为了提高机器人的操作空间,提出了一种以机械臂可达性和相间安全为约束条件,以机械臂最小能耗为评价指标的机械臂基座位置规划算法来控制滑台位移量。(4)提出了一种基于时间最优的机械臂关节空间轨迹规划算法。将机械臂笛卡尔空间下的路径点转化为关节空间下的关节角位置序列,利用三次样条插值对其进行轨迹规划,得到光滑连续的运动轨迹。在轨迹规划的基础上利用自适应遗传算法对多项式插值时间进行优化,求出机械臂在满足运动学约束的条件下完成既定轨迹所需要的最优时间。对机器人操作平台进行了拆卸金具的模拟实验,验证了本文关于带电作业机器人系统设计和轨迹规划研究的可行性。