目前对新一代110kV智能变电站内隔离断路器维护时,通常采用停电作业或人工带电作业的方式将其与母线拆分。停电将造成经济损失并降低供电线路的可靠性,而人工带电作业在人员的安全性和作业的可靠性方面具有较大风险。因此有必要研制一种带电作业机器人,该机器人可全自动带电拆分、装配隔离断路器连接金具,实现变电站不停电运维。本论文针对这一需求,深入研究了110kV智能变电站隔离断路器带电作业机器人,并在110kV智能变电站进行实地作业,验证了该机器人可安全、可靠、高效的完成隔离断路器连接金具装拆任务。论文主要研究内容与成果包括:提出面向110kV智能变电站的带电作业机器人作业流程与约束模型。分析了机器人设计约束,包括电气安全约束下的相地、相间安全距离约束;户外多变光照条件下定位点表面退化和高精度定位要求对机器人弱刚性状态下视觉系统的约束;L形带线金具结构及定位误差对柔顺装配控制方法的约束等。并根据上述约束条件建立机器人动力学模型。分析了机器人各自由度定位误差对最终装配结果的影响。根据带电作业原理及任务要求提出了国内外首个110kV智能变电站带电作业机器人带电检修形式与作业规范并形成报批稿,为机器人高电压环境下带电作业国家标准提供基础与依据。提出了高电压环境下机器人安全带电作业空间分析方法。分析带电作业机器人带电作业时的电场分布,建立长间隙复杂畸变电场空气击穿模型,计算了机器人不同姿态下相与地、相与相之间的电场强度及分布,并通过有限元分析验证计算结果,得出了一套带电作业机器人通用的设计方法及机器人在电场中运动时的安全姿态计算方法。分析计算了作业平台与被操作金具等电位状态下,其与邻导线间的电场分布,计算导线表面场强及其最小起晕电场,提出以相邻软导线周围电场强度小于起晕电场强度为安全界定条件的安全距离确定方法,为机器人带电作业安全距离计算及带电作业机器人安全作业空间计算提供了方法与依据,并进行了安全作业空间验证试验,试验结果表明在50%操作冲击放电电压下,其带电作业危险率小于标准规定的10^-5,验证了安全作业空间计算结果的可靠性。提出了一种面向户外变电站带电作业机器人的高精度视觉定位方法。针对机器人弱刚性、户外变电站光照条件变化大、成像背景复杂、感应电弧放电干扰及识别物轮廓模糊等特点,设计了一种单目视觉定位方法,包括基于加权优化的自动阈值图像分割方法,针对边缘混杂的亚像素模糊平滑边缘的定位方法,利用迭代逼近理想拍照位置,同时针对感应放电特性提出了带电作业机器人视觉定位策略。提出了基于主动柔顺控制的L形金具带线装配方法及安全作业空间内机械臂路径规划。分析了L形金具带线装配任务与装配过程中轴孔受力,对控制系统建立以视觉定位结果为核心的坐标系转换链。提出了切向大载荷下基于力反馈的主动柔顺控制复杂表面寻孔策略。在机械臂对L形金具作业过程中的各关键位置,以安全裕度及关节极限为评价函数,分别进行有路径约束和无路径约束下的多目标路径规划。通过等比例模拟实验台的功能性试验证明了装配方法及路径规划的正确性与可行性。研究了机器人末端执行器与金具等电位过程中工频交流感应电晕、电弧的电流脉冲特性,分析了其与静电放电电流特性的异同。在保留关键特性的基础上对放电模型进行了简化,使用有限元法对其辐射场进行计算和比较,并分析了辐射场与等电位作业平台带孔金属屏蔽箱的耦合规律及屏蔽效能,得到了作业平台安全监控相机在屏蔽体内入孔深度与其开孔尺寸的最优解。提出了一种110kV智能变电站隔离断路器带电作业机器人（DCBot）的系统方案,并对该方案中的整体机构、移动载体、作业平台进行了详细设计。提出了适用于变电系统机器人带电作业时上下两部分处于不同电位下的通讯及控制系统架构。成功研制样机并通过电磁兼容试验认证、耐压及泄露电流试验认证,最终在110kV智能变电站进行了实地测试。