随着我国电网规模的逐渐扩大,加强电网的日常维护和排查故障并及时抢修成为亟待解决的问题。带电作业是指在高压电气设备上不停电进行检修、测试和更换器件的一种作业方法。螺栓是输电线路上的连接器件,由于风力的变化引起的输电线路摆动和线路本身的热胀冷缩,螺栓会产生松动的现象,可能会导致电力传输线的严重损坏,给电力供应商和用户带来巨大的经济损失。采用机器人替代人工开展螺栓紧固工作,是一项有意义的研究。为使输电线路螺栓紧固机器人能够自动地完成螺栓对准和紧固的工作,本文提出了一系列控制策略,并在相应的试验样机上进行验证。本文首先介绍了输电线路螺栓紧固机器人的基本结构,然后详细描述了适用于螺栓紧固的柔性末端结构设计和操作过程。针对螺栓紧固机器人在输电线路上预测对准、自动对中和紧固问题,本文提出了一系列新的控制策略,该控制策略分为三个部分:第一部分是螺栓对中预测策略,包括对机器人位置的预测和对螺栓的位置预测。针对风力变化引起的输电线路摆动,导致机器人和螺栓发生不同频率的非线性运动而难以对准的问题,本文研究了一种多传感器信息融合最优卡尔曼滤波器预测算法来预测摄像机的运动轨迹,提出了一种基于感兴趣区域的最小二乘法来预测螺栓的运动轨迹,当二者的预测运动位置相同时,控制机械臂进行对中。本策略克服了噪声的干扰,提高了预测精度,同时满足了系统实时响应要求。第二部分是螺栓对中控制策略。由于套筒内部是内六角形,很难将螺母完全裹覆,为了实现套筒与螺母的对接,本文提出了基于力传感器的柔顺控制法,调节机械臂的位姿,克服内六角套筒与六角螺母之间的摩擦力,实现两者六角对准。第三部分是螺栓紧固的力矩控制策略。由于高空输电线路环境的影响,会造成螺栓内部结构发生变化,所以不同的螺纹副产生的摩擦力是不相同的。只提高控制转矩精度无法保证预紧力的一致性,为了解决这一问题,本文提出了扭矩系数的控制方法。实验结果表明,该螺栓预测对中策略、对中控制策略和紧固策略可以实现系统的实时性和高效性,使螺栓紧固机器人可以在高压输电线路上自动地完成作业。