详细设计方案

1 引言...............................................................................................................................................................1

目 录
目 录.................................................................................................................................................................2
修订记录............................................................................................................................................................I
1.1 编写目的...........................................................................................................................................1
1.2 适用范围...........................................................................................................................................1
1.3 引用标准与规范...............................................................................................................................1
2 项目概述.......................................................................................................................................................1
3 技术指标.......................................................................................................................................................2
3.1 技术指标...........................................................................................................................................2
4 系统总体详细设计方案...............................................................................................................................3
4.1 整体系统架构...................................................................................................................................3
4.2 结构设计方案...................................................................................................................................3
4.3 电气设计方案.................................................................................................................................14
4.4 具身智能方案.................................................................................................................................20
4.5 测试计划.........................................................................................................................................28
修订记录
序号 版本号 主要修订内容（条款） 制/修订人 日期
1 A/0 韩子勇
I
1 引言
1.1 编写目的
（说明编写此方案的目的，如本文档旨在明确XX项目的整体技术架构与详细设计
方案，系统阐述各功能模块的实现逻辑、数据交互流程及关键接口定义，为项目后续
的设计开发、系统测试提供全面指导。）
1.2 适用范围
（如：本文档适用于参与XX项目研发工作的全体成员，包括但不限于开发人员、
测试人员、项目经理及产品经理等。）
1.3 引用标准与规范
（列出编写本方案所引用的标准、规范、参考文献、技术资料或公司内部文件等）
如：下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的
版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适
用于本文件。
GB 3836.1-2021 爆炸性环境 第1部分：设备 通用要求
GB 3836.2-2021 爆炸性环境 第2部分：由隔爆外壳“d”保护的设备
GB/T 12643-2013 机器人与机器人装备 词汇
《XX项目可行性研究报告》 V1.0
《XX项目概要设计方案》 V1.0
《XXX硬件设计规范》 V1.0
《XXX软件开发编码规范》 V1.0
2 项目概述
电力系统的配电环节包含大量需要人工物理交互的操作任务。在配电室和开关室
内，运维人员需频繁执行按钮点按、旋钮调节、断路器分合闸、柜门开关、仪表读数
等操作。然而当前市场机器人产品普遍存在"移动与操作割裂"的问题——固定式机械
臂缺乏移动能力，传统巡检机器人仅能观察无法执行物理操作，人形机器人双足结构
在配电室狭窄通道（宽1.2-1.5m）中转向困难且整机高度难以适配不同高度配电柜。
本项目采用轮式移动底盘+升降柱+双臂的复合构型，整机 20轴自由度（底盘 2+升
降柱1+腰俯仰1+单臂6×2+夹爪1×2+头部2），实现"走到→做到"的类人化作业流程。
拟人化设计使操作逻辑与人工运维一致，可完成按钮按压、旋钮旋拧、断路器推拉、
柜门开关、状态识别及物料抓取等任务，旨在填补公司在双臂移动操作机器人领域的
产品空白，打开电力智能运维新赛道。
3 技术指标
3.1 技术指标
产品的关键技术指标如下：
技术指标表
参数项 目标参数值 备注/适配要求
整机自由度 20 轴（底盘 2+升降柱 1+腰俯仰 类人形复合构型
1+单臂6×2+夹爪1×2+头部2）
整机高度（收缩状态） 1686mm 确保配电室通道通过性
整机高度（伸展状态） 2529mm 覆盖配电柜顶部操作区域
整机重量 ≤180kg 负重/自重比＞1
整机续航时间 ≥4小时 满足单次巡检任务需求
导航定位精度 ±3cm 激光+视觉+IMU 多传感器融
合
单臂重复定位精度 ±0.05mm 精密操作要求
双臂协同定位精度 ±1mm 精密操作要求
单臂额定负载 5kg 覆盖典型操作工具及配电柜
部件重量
单臂臂展 627mm 覆盖配电柜单侧正面操作区
域
臂部末端运动速度 ≤1.8m/s 保证操作效率
升降柱行程 700mm 垂直方向 200-2200mm 全高
度覆盖
升降柱定位精度 ±0.005mm 确保末端操作位置准确性
升降柱速度 80mm/s 满足操作节拍要求
升降柱承载重量 60kg 负重/自重比＞1
夹爪力控范围 0.1-80N 精细力控操作
夹爪力控精度 ±0.5N 保证操作安全性
夹爪最大开合 120mm 适配不同尺寸操作对象
头部自由度 2轴（水平±90°+俯仰±45°） 覆盖操作区域视觉观察
底盘最大速度 ≥1.0m/s 配电室内高效移动
底盘最大爬坡度 ≥5° 参考 GB50059-2011 地面找
坡通行需求
底盘越障高度 ≥20mm 门槛/电缆沟盖板等常见障
碍
防护等级 IP54（室内非防爆） 室内非防爆配电室环境
工作温度 0°C~+40°C 依据 GB 50054-2011 和 IEC
61439-1
绝缘电阻 ≥25MΩ（250V兆欧表） 参 考 Q/GDW 11514-2021
6.6.1
介质强度 2.0kV/1min，无击穿/闪络 参 考 Q/GDW 11514-2021
6.6.2
按钮操作成功率 ≥95% 按压力度 5-15N，按钮直径
≥10mm
旋钮操作成功率 ≥90% 扭矩 0.1-2N·m，角度精度
±2°
断路器操作成功率 ≥85% 行程50-150mm，推拉力度自
适应
指示灯识别准确率 ≥98% 红/绿/黄颜色识别
物料抓取成功率 ≥95% 硬质、软质、脆性多类型物
料自适应抓取
4 系统总体详细设计方案
4.1 整体系统架构
本产品为面向电气行业配电室/开关室场景的类人形移动双臂操作机器人，整机 20
轴自由度（底盘 2+升降柱 1+腰俯仰 1+单臂 6×2+夹爪 1×2+头部 2），具备移动、升
降、观察与操作能力。通用功能包括自主导航、防碰撞、急停、语音交互、数据记录、
Web交互、自主回充等；场景操作功能包括按钮按压、旋钮旋拧、断路器推拉、柜门开
关、状态识别、物料抓取等任务。系统划分为六大子系统：结构系统（人形上装+底
盘）、电气系统、嵌入式软件系统（底盘运动控制）、具身智能大脑系统（升降柱/臂
/夹爪/头部）、感知与规划系统（导航）、平台系统（微服务中位机），各子系统协
同实现机器人的完整功能。
图4-1 整体系统架构图
4.2 结构设计方案

机器人整体设计效果如下图所示，上装部分初始尺寸为 1185mm×555mm×607mm，
由头部、胸腔、双拟人臂、腰俯仰机构、升降滑台、拖链和背部支撑框架组成，上装
部分总重量约为72kg。
4.2.2 头部相机和模组连接设计
如下图所示，头部部分水平旋转模组的固定端通过螺钉和垫片固定在头部支撑座
（6061 铝合金）上，输出端通过螺钉和销的形式与转接座（6061 铝合金）相连接；头
部上下俯仰模组的固定端通过螺钉和垫片固定在转接座上，输出端通过螺钉和销的形
式与头部相机支撑座（6061 铝合金）相连接；可见光和红外相机通过螺钉垫片固定在
相机支撑座上，一大三小的深度相机通过螺钉和垫片固定在头部相机支架（6061 铝合
金）上，相机支撑座留出走线空间；可见光相机尾部加装电视转接板，连接方式为中
间用铜柱支撑，螺钉垫片锁紧。头部水平旋转模组转动带动整个头部转动，头部俯仰
模组带动头部相机俯仰转动。

如下图所示，头部支撑座通过螺钉垫片固定在头部安装板（7075 铝合金）上，头
部安装板通过螺钉垫片固定在双臂安装板（7075 铝合金）上，双臂以螺钉垫片加销的
连接方式固定在双臂安装板上，双臂安装板通过螺钉垫片固定在胸腔底板（7075 铝合
金）上，胸部相机通过螺钉垫片固定在胸部连接板（7075 铝合金）上，胸部连接板通
过螺钉垫片连接双臂安装板，同时起到加强结构的作用；AI 工控机通过螺钉垫片固定
在工控机安装板（6061 铝合金）上，工控机安装板固定在胸腔底板上，两侧通过侧板
（6061 铝合金）加强连接，侧板预留出电气接口空间，侧板与安装板锁紧方式为螺钉
垫片。

腰部俯仰左右两侧结构如下图所示，左侧支撑板（7075 铝合金）通过螺钉垫片和
胸腔底板连接，同时通过螺钉垫片和轴套连接，轴承装在轴套（7075 铝合金）和轴承
挡板（7075铝合金）之间，轴承挡板通过螺钉垫片固定在升降台连接板（7075铝合金）
上，升降台连接板通过螺钉垫片和销固定在升降台上；腰俯仰活动转接板（7075 铝合
金）通过螺钉垫片和胸腔底板连接，同时与腰俯仰关节模组输出端相连，关节模组固
定端通过螺钉垫片与右侧支撑板（7075 铝合金）连接，右侧支撑板固定在升降台连接
板（7075 铝合金）上；腰俯仰模组转动带动整个胸腔和头部转动，升降台上下滑动带
动整个胸腔和头部上下移动。如图所示，当腰俯仰角度达到 90°时，左右侧支撑板被
限位块（40Cr合金钢）限位,限位块通过螺钉垫片安装在左右侧支撑板上。

背部拖链整体布局如下图所示，绿色拖链为机器人位于最高工作位置的状态，黄
色拖链为机器人位于最低工作位置的状态，拖链固定板（6061 铝合金）通过螺钉垫片
固定在升降台安装板（7075 铝合金）上，拖链压板（6061 铝合金）通过螺钉垫片固定
在拖链固定板上，拖链固定端通过螺钉垫片固定在拖链压板上，拖链移动端固定在拖
链安装支架（6061 铝合金）上，拖链安装支架固定在右侧支撑板上，由底盘引出的工
控机电源线和网线安装在拖链中，从拖链固定端到移动端，最后部分线缆穿过拖链安

装支架和胸腔底板和工控机相连接。升降台上下移动带动拖链移动端上下运动，保证
走线的跟随性。
如下图所示，升降台安装板通过螺钉垫片、销和两根侧面连接柱（7075 铝合金）
相连接，侧面连接柱与左右竖直连接柱（7075 铝合金）相连，侧面连接柱和左右竖直
连接柱通过支撑肋板（7075 铝合金）连接，连接方式为螺钉垫片；升降台安装板和左
竖直连接柱之间用两个侧面护板（7075 铝合金）连接，两两用螺钉垫片连接，提高连
接强度；左、右竖直连接柱之间用 4 个背面护板（7075 铝合金）连接，两两用螺钉垫
片连接，提高连接强度；升降台安装板和背面护板之间用3个中间肋板（7075铝合金）
连接，两两用螺钉垫片连接，提高连接强度；升降台通过螺钉垫片和升降台安装板连
接，升降台安装板通过螺钉垫片和销固定在安装底板（7075 铝合金）上，左、右竖直

连接柱通过支撑肋板与安装底板连接，两两连接方式为螺钉垫片，安装底板通过螺钉
垫片安装在底盘车上。
4.2.7.1 头部关节模组计算与选型
为满足机器人感知与视觉的功能需求，且基于优先选用成熟度较高产品的原则，
头部视觉选用可见光摄像头（iDS-2ZMN3209N（B））、红外测温（HM-TD2038T-10/Q）、
深度相机（ZED-311120）、环视相机（ZED-222120），通过结构设计将所有相机集成，
效果如下图所示，相机总重量 M=0.932kg，6061-T6铝合金密度为 2.7g/cm3，工业外壳
覆盖件重量预估为 0.49kg，计算出结构件总重量 M=0.723kg，则头部俯仰模组以上部
分总重量 M=M +M=1.655kg，即 G=M.g=16.55N,测量出重心位置，重心到模组的中心距
1 2
L=0.077m，安全系数取 1.2，则需力矩为 T=G.L.1.2=1.53N.m，由此头部俯仰模组选取
意优模组 PH08-N-101-C-DW，如下图所示，减速比 101，额定扭矩 3.3N.m，额定转速
30rpm即180°/s，转速和扭矩满足需求。
水平旋转模组以上部分如下图所示，总重量 M=头部俯仰模组以上部分总重量+俯仰
模组重量+结构件=1.655+0.186+0.0189=1.86kg，即 G=M.g=18.6N，测量出重心位置，
重心到模组的中心距 L=0.107m，安全系数取1.2，则需力矩为 T=G.L.1.2=2.39N.m，由
此头部水平旋转模组也选取意优模组PH08-N-101-C-DW，减速比101，额定扭矩3.3N.m，
额定转速30rpm即180°/s，转速和扭矩满足需求。
4.2.7.2 腰俯仰关节模组计算与选型
腰部俯仰部分结构如图所示，腰俯仰关节模组需承受的总重量为头部、胸部、双
臂重量和最大负载（按照 5kg 计算）之和，7075-T6 铝合金密度为 2.81g/cm3，计算出
总重量 M=1.86+32.68=34.55kg，即 G=M.g=345.5N，测量出重心位置，重心到模组的中
心距L=0.11m，安全系数取 1.2，则需力矩为T=G.L.1.2=45.61N.m，由此腰俯仰关节模
组选取睿尔曼模组 WHG2060-S-D90-100-E，性能参数如下表所示，额定扭矩 60N.m，额
定转速30rpm即180°/s，转速和扭矩满足需求。

10 r 动

4.2.7.3 腰俯仰轴承选型与校核
现有腰部结构布局如下图所示，根据机器人腰俯仰承载形式和工况分析，腰部轴
承主要承受来自头部和胸部的径向力，几乎无轴向力承载情况，首先选择轴承类型为
深沟球轴承，深沟球轴承可同时承受径向载荷和少量轴向载荷；腰部俯仰为一般回转，
无严格跳动要求且属于低速情况，普通精度即可满足要求，故轴承公差等级选取P0级；
腰部俯仰属于常温、低速、载荷平稳、间隙配合且温升不明显的情况，使用标准游隙
CN 级即可。结合 4.2.7.2 小节中腰部承受的载荷情况以及现目前的空间结构，加之考
虑整个腰俯仰结构部分的受力均匀性和合理性，选取 NSK 的6911ZZ 单列深沟球轴承，
两侧带防尘盖，脂润滑，技术参数如下图。
轴承额定动载荷C=17600N，额定静载荷C =13300N,进行轴承校核：
r r0
当量动载荷P =X.F+Y.F
动 r a
X 为径向动载荷系数，F 为径向载荷，Y 为轴向动载荷系数，F 为轴向载荷，由于
r a
基本不存在轴向载荷，则X=1，Y=0，F=G=345.5N，F=0，故：
r a
P =1×345.5+0=345.5N
动
核算轴承寿命：
L =（C/P ）ε
对于深沟球轴承，寿命指数ε取3,则轴承寿命：

0 r 0 a

L =（17600/345.5）3=6717659（百万转）
当量静载荷校核：
P =X.F+Y.F
X 为径向静载荷系数，F 为径向载荷，Y 为轴向静载荷系数，F 为轴向载荷，
0 r 0 a
F=G=345.5N，对于深沟球轴承，X=0.6，由于基本不存在轴向载荷，F=0，则：
r 0 a
P =0.6×345.5=207.3N
静
许用安全系数：
S=C /P =13300/207.3=64.1＞[S]，[S]取1～1.2
0 r0 静 0 0
综上所述，轴承寿命、载荷满足使用要求。
4.2.7.4 机械臂、夹爪和升降台选型
按照 3.1 小节中的技术指标要求，选取睿尔曼的机械臂，知行的夹爪，东佑达的
升降台，主要参数如下表：
睿尔曼机械臂
臂部末
参 数 额 定 负 重复定位精 最 大 工
型号 重量 端最大 备注
部件名称 载 度 作半径
速度
6轴拟人臂-睿 RM65- 六维力加
5kg 7.3kg ±0.05mm 627mm 1.8m/s
尔曼 6F-V 视觉版本
知行夹爪
参 数 夹持力范 最 大
型号 最大行程 定位精度 抓取速度 重量
部件名称 围 负载
CTAG2F1
电动夹爪-知行 0～80N 5kg 120mm ±0.03mm ＜85mm/s 1.5kg
东佑达升降台
参 数 最 大 负 最大升降速
型号 重量 定位精度 行程 全长
部件名称 载 度
滑台模组-东佑
ETH2-22 60kg 26kg ±0.005mm 700mm 250mm/s 1087mm
达
4.2.7.5 背部拖链设计选型
根据升降台 700mm 的行程需求，以及机器人背部的空间尺寸，且基于轻量化、小
尺寸的设计原则，参数如下表，最高工作位置和最低工作位置如下图所示。
4.2.7.6 整机工作高度核算
机器人上装部分安装高度按照 500mm（底盘车高度初定 500mm）计算，机器人最低
工作位置和最高工作位置的高度如下图所示，最低工作位置离地 8mm，最高工作位置离
地2530mm，前方工作空间为半径911mm的扇形区域。

4.3 电气设计方案
整机电气系统分为头部感知模块、胸腔核心运算模块、左右双臂夹爪执行模块、
升降滑台执行模块、底盘行走导航模块五大硬件分区。配套两级程控电源集中分配，

通讯体系按功能划分GMSL视频总线、CAN运动控制总线、以太网数据总线、RS485低速
传感总线、串口调试总线，算力分为上层边缘AI工控机与底层底盘运动VCU控制器双核
心，实现感知、算法、人机交互、行走抓取运动全链路电气互通。其电气系统框架如
图所示。
图4.3.1 电气系统框架图
4.3.2.1 胸腔子系统
胸腔子系统主要由上装电源程控板、AI工控机、工业显示屏、胸腔俯仰电机、胸
腔USB相机等五部分组成。如图所示。
4.3.2.1 胸腔子系统框图
a) 电源分配：上装程控电源板
(1) 多路隔离 DC24V 输出：头部供电、左臂 DC24V、右臂 DC24V、
胸腔俯仰电机供电、AI 工控机整机供电。
b) 运动执行部件
胸腔俯仰伺服电机（CAN3总线通讯）。
(1) CAN3：胸腔俯仰电机控制总线，指令由 AI 工控机（嵌入式软
件）下发。
c) 感知传感器模块
(1) 胸腔 USB 相机：接入 AI 工控机 USB 口（胸腔 USB 相机数据处
理）。
d) 核心控制器：AI工控机
(1) 嵌入式底层固件（CAN总线调度：头部CAN1/CAN2、胸腔CAN3）；
(2) 边缘算法软件（AI视觉、任务决策）。
e) 人机交互
工业显示屏 + 语音互动模块（拾音/扬声），带独立通讯口对接主控。
f) 网络交换机
8口核心交换机，负责上装网口通讯路由。
4.3.2.2 头部子系统
头部子系统主要由可见光相机、红外测温相机、1 路深度相机、3 路环视相机等四
部分组成。如图所示。
4.3.2.2 头部子系统框图
a) 感知传感器模块
(1) 视觉类：可见光相机、深度相机、3台环视相机；
(2) 测温类：红外测温传感器。
2 路 RJ45 网络通道以及 4 路独立 GMSL 通道，接入胸腔 AI 工控机，实现全景、测
温、深度环境感知。
b) 运动执行模块
(1) 水平转向电机（CAN1总线）；
(2) 俯仰俯仰电机（CAN2总线）。
CAN1/CAN2：头部水平、俯仰电机控制总线，指令由 AI 工控机（嵌入式软件）下
发；
c) 网络与供电
(1) 供电：上装程控电源板输出头部专用电源（24V/12V）；
(2) 总线：CAN1、CAN2总线用于电机伺服控制。
4.3.2.3 双臂子系统
双臂子系统主要由左/右机械臂+夹爪执行+相机方案（双臂两套对称）。如图所示。
4.3.2.3-1 双臂子系统框图
4.3.2.3-2 机械臂组成方案
a) 末端执行器（夹爪配套航插集成接口）
(1) 供电：24V/1.5A电源；
(2) 通讯：RS485总线（夹爪闭环控制）。
b) 臂内传输链路（内部走线→末端接口，分三路对外引出）
(1) 光纤→ AI工控机USB口（臂载相机视觉算力）；
(2) 网口→交换机（以太网数据）；
(3) 2芯航插 → 左臂/右臂DC24V动力供电。
c) 臂载感知
(1) 每臂搭载臂端相机，用于作业视觉定位。
4.3.2.4 升降滑台子系统
升降滑台子电气系统采用电机驱动器+伺服电机+减速机+滑台组成。如图所示。
4.3.2.4 双臂子系统框图
a) 升降滑台驱动器：由底盘VCU通过CAN总线直接控制。
b) 动力由底盘程控电源板统一供电。

4.3.2.5 底盘子系统
底盘电气子系统主要负责机器人动力、行走、导航、底层控制部分。如图所示。
4.3.2.5 底盘子系统框图
a) 动力源与配电
(1) 动力电池组 + 充电装置；
(2) 底盘程控电源板：底盘电气件供电、驱动电机供电、升降滑台
供电、向上给胸腔上装电源板供电。
b) 底层运动控制核心：自研VCU底盘控制器
(1) 接入外设：启动/急停安全开关、声光报警警示灯、底盘驱动
行走电机、IMU惯性测量单元；
(2) 对外总线：CAN总线对接升降滑台驱动器。
c) 导航与底盘算力
(1) 底盘工控机：运行导航、激光雷达定位、里程计微服务，接收
IMU + 激光雷达数据。
d) 车载通讯与安防链路（RJ45网口）
(1) NVR 视频存储设备；
(2) 二级交换机；
(3) USAP3000-AM 安全通讯模块；
(4) 无线路由器（WiFi/5G，整机无线远程运维）。
核心外购电气部件的选型情况如下表格所示。

位置 类型 型号 数量 作用 接口
头部 深度相机（ZED X） ZED-311120 1个 全局操作 GMSL接口
相机 头部 环视相机(ZED X One S) ZED-222120 3个 环视 GMSL接口
胸部 深度相机（Gemini 335Lg） Gemini 335Lg 1个 全局操作 USB接口
手臂 深度相机（Gemini 335Lg） Gemini 335Lg 2个 近距离操作 USB接口
夹爪 手臂 夹爪 CTAG2F120 2套 末端设备 RS485
机械
手臂 机械臂 RM65-6F-V-CTAG2F120 2套 操作设备 网口/24V
臂
可见光摄像头 iDS-2ZMN3209N（B） 1台 巡检设备 网口/12V
头部
可 见 光 电 视 转 接 板
可见光电视转接板V2.0 1个 配件 /
V2.0
巡检
头部 红外测温 HM-TD2038T-10/Q 1台 巡检设备 网口/12V
设备
头部 头部水平/俯仰电机 PH08-N-101-C-DW 2台 头部运动 CAN/24V
CAN
腰部 腰部俯仰电机 WHG2060-S-D90-100-E 1台 腰部运动
(20-60V）
工控
胸部 AI工控机 MIC-N320_DS 1套 处理器 24V
机
程控
电源 胸部 上装程控电源板 / 1块 电源分配 /
板
显示
胸部 显示屏 / 1套 显示参数 /
屏
升降 升降滑台 / 1套 升降运动 /
升降 升降 升降电机 / 1套 升降运动 /
升降 升降电机驱动器 / 1套 升降运动 /
4.4 具身智能方案
4.4.1 具身操作场景方案
中置柜主要用于 10kV-35kV 电力系统，核心作用是接收和分配电能，并提供电路
保护与控制。广泛适用于工业厂房、商业综合体、数据中心及新能源场站的配电系统。
用于变电：常作为变电站（特别是二次变电所、开闭所）内的受电、送电及馈线
柜，承担站内电能分配与保护功能。
不用于输电：输电环节通常指 110kV 及以上高电压等级的电能传输，中置柜额定
电压一般为10kV-35kV，无法用于主干输电网络，输电环节不涉及中置柜。
用于配电：核心应用场景，用于10kV-35kV等中压等级向终端负荷（工厂、小区、
商业）分配电能及线路保护，是配电网的关键设备。
用于电能分配：在变电站、工矿企业、园区及楼宇配电房中，负责将电能接收并
输送到不同用电回路。
用于安全保护：具备超负荷、短路及接地保护功能，通过“五防”联锁机制防止
误操作，保障设备与人员安全。
中置柜布局
4.4.1.1 操作指示器（按钮）
指示器为可操作显示屏，包含操作按钮、指示灯、显示屏。机器人需对指示器上
不同的按钮进行按键操作。目标按钮直径约1cm，属于小目标精细操作。
4.4.1.2 钥匙开锁
机器人行走至指定地点→夹持钥匙→到达柜前→拿起机械锁→对准锁孔→插入钥
匙→旋转钥匙→开锁→取下机械锁→打开盖板。锁孔目标仅3~5mm，属于高精度操作。
4.4.1.3 切换开关（远方/就地）
切换开关有“远方”和“就地”两个位置，机器人需识别开关当前状态并将旋钮
旋 至 指 定 目 标 位 置 。
4.4.1.4 分合闸转换开关
分合闸转换开关为控制室操作旋钮，需逆时针旋转至分闸位置，为停电操作的前
置步骤之一。开关位置固定。
4.4.1.5 螺丝压板操作
旋转压板上旋钮至松动 → 拨动压板断开 → 复位时拨回竖直 → 锁紧旋钮。压
板目标较小，需自动纠偏。包含开（断开）和关（复位锁紧）两种操作。
4.4.1.6 提拉压板
夹持压板 → 提起固定高度 → 夹爪旋转或机械臂摆动 5~10° → 复位对准压板
下孔位。压板目标较小，需自动纠偏。
4.4.1.7 手车操作孔
使用专用摇把插入手车底盘操作孔（直径 3~4cm）→ 顺时针旋转约 20圈 → 听到
“咔嗒”声且明显受阻 → 手车到位。最后一圈峰值力约5kg。
4.4.1.8 地刀操作孔
双臂协同操作：
 左臂：下压地刀操作孔联锁板（力≥10kg≈98N），直至操作孔完全露
出；
 右臂：使用摇把插入操作孔（直径 3~4cm），顺时针/逆时针旋转地刀
摇把（力≥10kg≈98N）。
4.4.1.9 拉出手车
手车转运车对准手车室 → 握住手车推拉扶手 → 向内用力解锁插销 → 向外拉
动手车（力≥10kg≈98N）→ 手车完全拉出至转运车，插销卡入限位孔。
4.4.1.10 急停按钮
双臂协同：左臂旋转紧急分合闸装置外圈旋钮 → 右臂按下中间按钮。为紧急情
况下的安全保护操作。

关键硬件改进
序号 任务名称 可行性 说明 难度评级 硬件满足
需求
间距太小或
者带边框的 可能需要加装
操作指示器（按
1 部分可行 按钮，可能 低 小面积的夹爪 支持
钮按压）
夹爪按不下 头
去
锁 具 不 固
定、钥匙夹
固定锁具、规
2 钥匙开锁 不可行 持 偏 差 及 高 需改造
范钥匙位姿
3~5mm 锁 孔
插入要求高
切换开关（远方
3 可行 低 支持
/就地）
4 分合闸转换开关 可行 低 支持
空间太小，
可能需要加装
5 螺丝压板操作 部分可行 可能夹爪操 中 支持
小夹爪
作受限
复位落孔精
度和卡滞检
6 提拉压板 可行 中 防滑夹爪 支持
测需现场验
证

7 手车操作孔 不可行 圈连续旋转 高 不支持

独立电动旋转
缺 少 约 20
末端、浮动导
向、扭矩限制
执行机构
器
约 98N 持续 力学实测、底
地刀操作孔（下
力、实际扭 盘锁止、独立
8 压联锁板,旋转 不可行 高 不支持
矩和底盘反 旋转执行器/
摇把）
力未验证 大负载机械臂
约 98N 水平 转运车电动推
拉力及移动 杆/丝杠、平
9 拉出手车 不可行 高 不支持
平台稳定性 台锁止及专用
风险 解锁工具
带插销结构
专用外圈工
难以操作，
具；电气远程
10 急停按钮 部分可行 且不能作为 中 条件支持
急停作为主安
唯一安全链
全链路
路
4.4.3 关键结论
1）可行任务（3项）
切换开关（远方/就地）、提拉压板、分合闸转换开关可实施。
2）部分可行任务（3项）
操作指示器（按钮）：部分按钮受凹陷结构和间距限制，可能需使用专用细触头
或触摸笔；
螺丝压板操作：受夹爪尺寸和操作空间限制，可能需要加装小型防滑夹持工具；
急停按钮：带插销类型的按钮操作困难,机械臂无法实现。
3）当前不可直接实施任务（4项）
钥匙开锁：高难度任务，任务步骤太多，抓取钥匙、抓取锁体、对准钥匙孔、取
下锁体等步骤难度很高，对双臂协同能力要求极高。
手车操作孔：主要限制是约 20 圈连续旋转和扭矩不够，普通六轴机械臂腕部无法
直接完成；需独立电动旋转末端、浮动导向和扭矩限制器，所有扭矩阈值应由现场实
测标定。
地刀操作孔和拉出手车：均因操作力矩需求超出 RM65单臂 5kg 负载能力和力传感
器7Nm量程而无法实施。同时算法协同算法难度也较高。
4）关键工程原则与硬件改进方向：
a) 更换大负载机械臂及≥200N量程六维力传感器。
b) 设计杠杆增力机构（2:1或3:1放大比）降低机械臂受力需求。
c) 手车转运车集成电动推杆或丝杠助力机构辅助拉出。
d) 改造现场，使得适配机械臂操作。
e) 高力和连续旋转任务应优先采用独立旋转末端、杠杆/推杆/丝杠、底盘锁止及
专用夹具，能力仍不足时再更换大负载机械臂。
4.5 测试计划
本项目涉及的外购件包括 6 轴拟人臂（双臂）、二指电动夹爪、电动升降滑台、
腰俯仰关节模组；自制件包括胸腔结构件、头部结构件、底盘改装件、结构转接件、
电气系统（电源管理板、通信接口板、PDU等）。测试按照单元测试、集成测试、系统
测试、整机测试四个阶段进行，以周为单位规划测试周期。
表1 测试计划
测 试 阶 测试对象 预计周期 测试内容
段
单 元 测 外购件：6 轴拟人 第1-2周 单臂关节运动、正逆运动学验证、拖动示教功
试 臂（双臂） 能、末端定位精度测试、六维力传感器标定
单 元 测 外购件：二指电动 第1周 夹爪开合运动、力控闭环精度（±0.5N）、夹持
试 夹爪（力反馈/非 力范围（0.1-50N）、最大行程测试
力反馈）
单 元 测 外购件：电动升降 第1周 升 降 行 程 验 证 （ 600-800mm ） 、 定 位 精 度
试 滑台 （±2mm）、升降速度（≥0.1m/s）、承载能力
（≥80kg）
单 元 测 外购件：腰俯仰关 第1周 俯仰角度范围、额定扭矩输出（240N·m）、峰值
试 节模组 转速（162°/s）验证
单 元 测 自制件：胸腔/头 第2-3周 结构件尺寸精度、装配配合度、机械接口匹配
试 部结构件、转接件 性、绝缘包覆完整性
单 元 测 自制件：电气系统 第2-3周 各电压等级输出稳定性、过流/过压/欠压保护功
试 能、CAN/EtherCAT/以太网通信接口连通性
集 成 测 人形上装机械集成 第4-6周 双臂与胸腔机械接口装配、升降柱与底盘安装、
试 头部与胸腔连接、整机线缆走线与屏蔽验证
集 成 测 电气系统集成 第4-5周 两级程控电源上下电时序、分区供电隔离验证、7
试 路视频通道图像回传、CAN运动控制总线通信调试
集 成 测 运动控制集成 第5-6周 升降柱+俯仰模组+双臂联动时序、头部云台与视
试 觉跟踪、全身运动协调初步验证
系 统 测 整机软件系统 第7-9周 ROS 2多节点通信稳定性、具身智能大脑系统技能
试 层级功能验证、感知与规划系统SLAM建图与定位
精度
系 统 测 安全功能系统 第7-8周 急停回路响应时间（≤100ms）、碰撞检测与柔顺
试 停止、防跌落悬崖传感器、绝缘监测与报警功能
系 统 测 人机交互系统 第8-9周 Web 端 本 地 触 控 交 互 、 远 程 监 控 延 迟
试 （≤100ms）、手柄遥操作、数据记录与存储功能
整 机 测 整机功能验证 第 10-12 导航定位精度（±3cm）、按钮按压成功率
试 周 （≥95%）、旋钮旋拧成功率（≥90%）、断路器
推拉成功率（≥85%）
整 机 测 整机性能验证 第 11-12 整机续航（≥4小时）、工作空间覆盖验证（200-
试 周 2200mm）、双臂协同定位精度（±1mm）、IP54防
护验证
整 机 测 场景模拟测试 第 12-13 模拟配电柜环境操作验证、物料抓取（硬质/软质
试 周 /脆性）、柜门开关双臂协同、指示灯状态识别准
确率（≥98%）