多臂式输电线巡检机器人需具备跨越线路上组合障碍的能力。归纳总结了500kV架空地线上典型障碍及其组合类型。提出一种新型五手臂四单元串联机器人机构,每个单元机构由两个柔索驱动的平行四边形机构串联组成,采用蠕动式越障方案。分析组合障碍环境对机器人参数的影响约束后,以机器人机构悬挂尺寸最小,方便运输携带,整体尺寸最小为目标进行多目标优化计算,得出机构参数。机器人工作空间及越障流程分析证明机器人能够跨越典型的障碍组合,具备适应500kV架空地线障碍环境的能力。

提出了一种柔性机器人用永磁变刚度机构。由于电动机转矩有限,在不用增加绳索拉力的情况下,通过该机构实现了柔性机器人关节更强的变刚度能力。该永磁变刚度机构主要由磁弹簧单元和滑轮绳索单元构成。通过虚位移法建立了弹簧磁力和绳索拉力解析模型,通过实验对永磁体间磁力和绳索上的拉力进行测量,测量结果和模型计算结果基本吻合。其结果表明,永磁体间磁力、绳索拉力和刚度随永磁体间气隙减小呈非线性增加,随永磁体长度和平均半径的增加而增加,保持三角形结构高不变,绳索拉力和刚度随着三角形结构底长的增加而增加,减小滑轮半径,可以进一步增加绳索刚度变化范围。

为了提高工业机器人的工作效率以及运动稳定性,对机器人轨迹进行了优化。在机器人任务空间中用NURBS曲线描述机器人末端轨迹,采用机器人逆运动学求解算法将任务空间轨迹转化到关节空间;提出了一种自适应罚函数的约束多目标骨干粒子群优化算法,对机器人运动时间、加速度、跃度等指标进行多目标优化,该算法采用自适应指数罚函数对约束进行处理,有利于引导算法更快进入可行区域,搜索好的目标值。最后,通过机器人加工实验,验证所提出算法的正确性和有效性。