随着我国科学技术的不断发展,建造能力与技术得到提升,公路隧道建设速度加快,隧道是高速公路的重要组成部分,而隧道灯具除尘、隧道内壁裂纹检测等管养工作是保证隧道畅通性、安全性的重要环节。为了提高管养工作效率,在进行管养工作时不影响正常交通运输等需求,本文设计了一种搭载在巡检平台之上的隧道管养机器人一体化机电设备系统,将巡检平台及机械臂的移动轨道布置在隧道边侧,根据不同管养工作需求来设计机械臂末端,通过控制巡检平台移动到工作位置、操控机械臂各关节完成管养工作,来代替人工的日常管养,实现无干涉的工作模式,保证隧道畅通性。具体研究内容如下。首先,结合隧道日常管养工作环境搭建隧道管养机器人实验平台,按照比例还原隧道管养机器人的应用场景。针对隧道灯具表面除尘及隧道内壁裂纹检测工作,利用MATLAB进行样条插值,确定机械臂在笛卡尔空间的关键路径点位。结合管养工作需求,确定所需机械臂的自由度,并基于D-H参数法建立运动学模型,求解正反解,并利用MATLAB Robotic Toolbox进行运动学正反解验证。通过运动学反解计算得到关节空间中的各角度值,再结合三次样条插值实现机械臂关节空间的轨迹规划。其次,根据机械臂运动学分析以及自身运动参数约束值,结合位移速度原理,提出一种新的轨迹优化方法。其以时间为优化目标的同时,结合各关节的具体运动参数情况,进一步地进行最优时间优化,所得优化结果满足最优时间前提,并将各关节的关节冲击数值波动范围缩小,增加梯形加减速阶段,提高了机械臂在进行管养工作动作时的关节使用寿命,得到了优化后的关节角度、角速度以及角加速度数值。根据对巡检平台的移动速度要求,结合梯形加减速原理,进行不同工作的轨迹规划。最后,通过所搭建的智能机械臂一体化机电设备系统样机模型,对所规划的巡检平台、机械臂灯具除尘以及隧道内壁裂纹检测工作进行PLC编程实验验证,工作时间缩短,各关节运动流畅且机械臂运动无报警现象发生,实验验证了其工作所需时间及各关节的运动冲击有了明显改善。本文的研究内容为隧道巡检平台及机械臂轨迹规划提供了参考。