近年来,随着电力、铁路运输系统的快速发展,维持变电站运行的人力成本也在不断攀升,此外,一些变电站分布在高海拔山区,高寒缺氧也给维护人员日常工作带来了极大不便。同时,随着机器人技术的进步,既能借助移动机器人自主移动又能借助机械臂进行操作的移动操作机械臂成为研究热点。本课题围绕变电站电气柜按钮开关场景,针对移动操作机械臂运动控制与机械臂操作的若干问题进行了研究,主要内容包括移动底盘的运动控制,机械臂的视觉引导及其运动规划。主要研究内容如下:首先,针对变电站的操作需求,搭建由轮式移动底盘、机械臂和单目相机组成的移动操作机械臂硬件平台。并设计软件架构,实现对移动底盘运动和机械臂操作的分别控制,即实现运动学解耦。其次,建立了移动底盘的差分运动学模型;采用D-H建模法建立机械臂的运动学模型,给出机械臂逆运动学解析解,在MATLAB软件下验证机械臂的正逆运动学并确定其工作空间。建立单目相机模型,并通过内外参标定获取相机的内参和外参。然后,为实现移动操作机械臂在变电站室内的自主定位导航,为移动底盘设计了运动控制软件。使用Gmapping算法建立环境二维栅格地图,根据机械臂作业区域部署任务点并建立由任务点和可行路径组成的拓补图。使用自适应蒙特卡洛(AMCL,Adaptive Monte Carlo Localization)算法实现在二维栅格地图中的定位。在下达操作任务后,路径规划算法依拓补图规划出一条最优路径,导航算法引导移动操作机械臂完成路径点间的直线导航。接着,针对目标物识别定位问题,实现了一种基于二维码标签和Hough变换的定位方法。通过二维码标签与目标物的平面相对位置、颜色特征提取和Hough变换实现对目标物的定位。对于机械臂的运动规划问题采用了RRT-Connect空间路径规划和笛卡尔空间轨迹规划算法,并进行了运动规划仿真实验。最后,设计移动操作机械臂的运行流程,根据变电站室内环境进行移动底盘运动与机械臂操作模拟实验,从定位导航精度、路径规划时间和机械臂操作精度等角度验证了系统的可靠性、准确性和稳定性。