在“工业4.0”与“中国制造2025”的背景下,机器人技术蓬勃发展,已成为了智能制造中的关键力量。随着工作环境和执行的任务越来越复杂,针对一些复杂工作环境的特种机器人近些年逐渐成为国内外机器人领域的研究热点。输电铁塔螺栓紧固作业机器人作为应用于输电铁塔工作环境的特种机器人,可以替代人工在高空完成螺栓紧固、检测等任务,提高输电铁塔维护效率、保障人身的安全。当前,缺乏在输电铁塔上智能作业与自主定位的能力是限制输电铁塔螺栓紧固机器人产业化应用的重要原因。因此,对螺栓紧固作业机器人的智能定位和作业路径规划方法进行研究具有重要的应用价值。本文以输电铁塔螺栓紧固作业机器人为研究对象,研究了其运动学分析、定位方法、作业路径规划方法以及在ROS平台下的虚拟运动控制等内容,具体如下:首先,研究了基于D-H建模的螺栓紧固作业机器人运动学分析问题。采用DH建模方法对螺栓紧固作业机器人进行运动学建模,使用齐次变换矩阵建立机器人的正向运动学方程并分析了逆运动学求解方法,还借助MATLAB机器人工具箱对运动学分析结果进行仿真验证并求解了机器人的工作空间。其次,研究了螺栓紧固作业机器人在输电铁塔工作环境中的定位问题,提出了一种融合输电铁塔三维信息模型和视觉信息的智能定位方法。通过结合标记点在输电铁塔信息模型中的三维空间坐标和相机图像中的像素坐标组成特征点对,使用点特征定位的方法解算机器人在输电铁塔工作环境中的位置信息,并通过实验证明了定位方法的可行性。然后,研究了螺栓紧固作业机器人的螺栓作业路径规划方法。针对机器人的螺栓作业路径规划问题进行分析建模,研究遗传算法在螺栓作业路径规划问题中的应用,综合改进交叉算子和自适应交叉变异策略对传统的遗传算法进行改进,提高算法的寻优效率,并通过数值仿真的形式验证了改进算法的有效性。最后,研究了基于ROS的螺栓紧固作业机器人虚拟运动控制方法。在对ROS的基本框架和工作原理进行系统阐述之后完成螺栓紧固作业机器人的建模可视化和运动规划配置,然后基于前述螺栓作业路径规划问题的研究基础在ROS中完成了机器人的作业路径规划仿真,验证了规划方法的可行性。