1. 研究目的与意义（文献综述）

在传统制造业转型升级的过程中，机器人产业被寄予厚望。2015年世界机器人大会在北京举行，国家领导人在贺信中表示，中国将机器人和智能制造纳入了国家科技创新的优先重点领域。近年来，政策、资金及许多资源都在迅速向机器人和智能制造倾斜。智能制造把制造自动化的概念扩展到更加柔性化、智能化和高度集成化。而机器人是高端智能装备的代表，被喻为“制造业皇冠顶端的明珠”。机器人替代人工生产是未来制造业重要的发展趋势，是实现智能制造的基础，也是未来实现工业自动化、数字化、智能化的保障。
工业机器人按照ISO 8373定义，它是面向工业领域的多关节机械臂或多自由度的机器人。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术运行，广泛应用于多个领域，包括焊接、刷漆、组装、采集和放置（例如包装、码垛（英语：Palletizer）和 SMT）、产品检测和测试等; 所有的工作的完成都具有高效性、持久性、速度和准确性，其围绕汽车、机械、电子、危险品制造、国防军工、化工、轻工等应用需求，工业机器人将会成为智能制造中智能装备的代表。
中国的机器人公司如青岛科捷机器人公司也在迅猛发展，其产品包括家电行业系统解决方案、大型纵走机械手、龙门机器人、加工机器人、关节机器人及物流系统集成等多个方面。德国的机器人公司如KUKA，根据KUKA官方网站所公布的信息，其kuka机器人广泛应用于汽车行业、电子商务和零售物流、电子行业、能源行业、保健、消费品行业以及金属制造行业。其机器人产品如图1

图 1 KUKA机器人
电力机器人在国外的起步较早，在我国的发展起步较晚，在西方国家已经形 成系统理论体系并实际应用时，我国还在“摸着石头过河”。但随着近年来我国 人工智能行业投入大力研究，与西方国家在新兴的机器人领域的差距越来越小。 在 2016 年 10 月，由国家电网山东省电力公司举办的 2016 国际电力机器人学术 会议(CARPI)在山东济南召开，吸引了国内外大量电力机器人领域专家前来。会 议上山东电力研究院下属的国家电网电力机器人技术实验室推出了变电站智能 巡检机器人、阀厅智能巡检机器人、室内轨道智能巡检机器人、架空输电线路无 人机巡检系统、变电站设备带电水冲洗机器人、绝缘子串检测机器人等 6 种机器 人，得到国内外专家的普遍好评。 带电作业机器人主要是在利用机器人的绝缘性，能使工人在不断电的情况 下对设备进行的维护和检修，能有效降低传统人工高空高压的高危环境中作业 的事故率，显著提高安全性能，对电力抢修、电气设备维护具有重要意义。早期带电作业机器人分为两种，一种是手动式操作，操作人员在绝缘载体内高空近 距离通过操纵杆控制机械臂进行操作，便于操作人员观察，操作精度高，但仍是 在高空作业，且与电线相隔较近，仍有安全隐患；相反，另一种半自动式操作， 操作人员在地面通过摄像头观察遥控指挥，这样人员安全得到保障，但作业精度 和操作难度增大。
1984 年日本福冈县的九州电力株式会社和安川电机株式会社就开始联合研 制高压带电作业机器人 Phase I，是一种手动式操作带电作业机器人，其机械臂只有两个自由度,采用电机和液压驱动，第二代 Phase II 则增加了机器视觉功能 及测距传感器，操作人员可以在地面进行远程遥控操作，属于半自动式带电作业 机器人。而最新的第三代 Phase III 集成智能化技术，可以进行智能判断并进行 作业、检测，可以达到全自动作业水平[4]。 美国、加拿大、法国、西班牙等国也先后在各自电力公司研究院的带领下进 行了研发工作，在针对各自国情要求的条件下各自开发出能实际应用的带电作 业机器人，并与行业先驱者日本有许多交流合作。 1999 年我国成立带电作业机器人研究项目，在 2002 年底由山东省电力研究 院为主，山东鲁能智能技术有限公司和济宁电业局为辅，成功研制出了我国的第 一台高压带电作业机器人，样机于 2005 年在山西长治和山东济宁投入使用，2011 年山东电力研究院又承担了国家 863 计划设立重点课题“面向电力带电抢修作 业机器人研究开发与应用”，研制能在 220kV 变电站进行维护、抢修作业的机 器人系统，并于 2014 年研制出了样机。该系统采用主从控制方式，能完成异物 清除、设备清扫、绝缘子检测等多项带电作业。如图 1-2 左图所示。 传统的输电线路巡检是由人工通过望远镜等设备随输电线路逐塔巡检，由 于地理因素的影响和人力的低效率，导致成本大，安全性低，可靠性差。而无 人机巡检虽然适用于各种地理环境，但其成本高，受天气因素影响，因此许多科 学家提出使用机器人进行线路巡检。与人类不同，有良好绝缘的输电线路巡检机 器人通常是像缆车一样悬挂于输电线路上进行作业，这样省去了人工攀爬，保障 了线路维护人员的安全，同时其检测精度也比人工提高很多。高压输电线路巡检 机器人的工作内容包括检测绝缘子污秽、导线的绝缘层破损以及设备的机械松 脱等。
在我国输电线路巡检机器人研究起始于 2003 年，在“十一五”、“863” 计划的支持下，根据国家电力部门的需求，中国科学院沈阳自动化研究院于 2008 年成功研制出 500kV 输电线路双臂回转巡检机器人“AApe”，解决了高压环境 下的机器人绝缘构型，智能控制与数据处理，电磁兼容，障碍跨越等多项输电线 路巡检机器人的核心技术，达到世界先进水平。随后在各省电力公司变电站进行 推广应用该型机器人，得到广泛好评。

2. 研究的基本内容与方案

设计主要内容：
1）熟悉机器人齐次矩阵表达、正向和逆向运动学；

2）掌握机器人路径规划和轨迹规划的知识。

3）进行机器人关节空间与操作空间建模和基于seds模型的matlab仿真;

3. 研究计划与安排

第1-2周 确定选题，英文文献翻译

第3-4周 查阅文献，撰写开题报告

第5-10周 设计与实现

4. 参考文献（12篇以上）

1. [澳] petercorke著，刘荣等译. 机器人学、机器视觉与控制：matlab算法基础[m]. 电子工业出版社，2016

2. [意] 布鲁诺·西西里安诺，[意] 洛伦索·夏维科，[意] 路易吉·维拉尼，[意] 朱塞佩·奥里奥洛 著；张国良，曾静，陈励华，敬斌 译. 机器人学：建模、规划与控制/国外名校最新教材精选[m]. 西安交通大学出版社，2015.

3. [美] saeedb.niku 著；孙富春，朱纪洪，刘国栋等 译. 机器人学导论·分析、控制及应用（第2版）[m]. 电子工业出版社, 2013.