气体绝缘金属封闭开关设备GIS(Gas Insulated Substation)是电力系统超高特高压变电站中的核心设备,使用广泛,是近年城市电网改造的主导开关设备。其事故影响范围广泛,可能造成重大生命财产损失。由于其内部空间狭窄、障碍复杂、气体毒害等特点,传统检测方式具有检测死角多、作业周期长的局限。因此,本文设计了一种负压吸附式全向移动检测机器人系统,以实现GIS管道内部高覆盖率灵活运动探测。首先,通过GIS管道探测机器人工作需求分析,设计了吸附式全向移动机器人总体系统。通过对吸附状态下麦克纳姆轮与管道壁面的受力分析,确定了机器人四轮全驱与两种麦轮交叉分布的设计方案,最大程度利用负压吸附力实现机器人在管道内灵活全方位移动。通过对机器人固定吸附检测与运动巡检两种工作模式的受力模型建立与分析,得出了变吸附力临界吸附曲线,以实现吸附系统能耗与运动稳定性的平衡。基于临界安全吸附条件,设计了满足机器人全方位运动检测需求并提供可靠稳定吸附力的负压吸附系统。针对吸附系统的负压形成进行分析,求出吸附系统压差、流量、功率等关键设计参数,选取了符合要求的离心风机,设计完善密封机构及试验验证系统。通过对流体系统的分析,计算出吸附系统稳定压差形成过程的等效简化控制模型,并通过仿真与实验验证。通过分析GIS管道检测的需求,完成机械臂各关节结构设计与选型,基于拓扑优化对结构进行了局部优化。计算出机械臂运动学模型并求出正逆解,仿真验证其工作空间。设定了机械臂和障碍物包围盒的主要形状并设计了碰撞检测方法,得出机械臂的无碰撞路径点和对应关节角度。最后,搭建了机械臂的实物样机,对摄像头的成像效果,末端检测机构的运行情况进行了测试。结果表明该机械臂检测效果良好,各电机运行平稳并且具有较好的性能,可以满足灵活探测的需求。最后,针对GIS检修作业任务,设计了机器人软硬件联合控制系统及传感系统,通过多种传感器灵活集成,实现机器人与检测载荷可靠集成应用。对复杂腔体微型机器人的运动性能和综合性能,系统性地开展了机器人运动仿真研究,进行了机器人综合性能试验验证。