城市高层建筑为了美观和采光的方便,其壁面多采用玻璃幕墙结构,随之而来的便是玻璃幕墙的清洗问题。清洗玻璃幕墙属于高危作业,传统清洗方式主要由“蜘蛛人”搭乘吊篮或者腰系绳索完成,这种手动清洗方法危险、低效且昂贵。伴随机器人相关技术的发展与成熟,机器人代替人工清洗显得很有必要。本文在分析玻璃幕墙清洗任务技术要求的基础上,设计并制作了一款价格低廉结构简单的负压吸附轮式驱动的清洗机器人样机,着重研究机器人的控制系统。清洗机器人整个控制系统设计成上下位机控制方式,采用高速低功耗STM32F429微控制器作为机器人主控制器,应用负压传感器、超声波传感器、九轴传感器、图像传感器等采集机器人运动状态以及周围环境,经RS485通讯实现向上位机传输机器人运动状态和向下位机发送控制指令。为了达到机器人避障的目的,机器人采用多超声波传感器配合驱动模块实现自主避障,同时,为方便操作人员观察机器人周围环境特别是观察玻璃幕墙的清洁效果,利用离散余弦变化对图像传感器采集的图像进行处理,然后将其传输到上位机,最后经恢复算法以获得可靠和清晰的图像。机器人控制器通常采用前后台程序方式控制硬件运行,但只适用于任务比较少且实时要求低的嵌入式系统。为了充分发挥32位控制器性能,满足机器人实时要求,同时方便后续机器人任务模块扩展,本文将μC/OSⅢ实时操作系统移植到控制平台上,从而实现实时任务处理。玻璃幕墙清洗任务最重要的是将无障碍区或者机器人可以到达的区域尽可能地擦拭到,其本质是全覆盖问题。针对机器人全覆盖路径规划难点,提出了一种改进优先级蚁群算法。该算法首先通过机器人本体上的传感器构建基于动态栅格法的工作环境;在综合考虑栅格属性、机器人转向、邻域栅格距离和未覆盖区域面积大小的基础上构造优先级启发规则,然后利用该规则进行路径全覆盖工作。对于机器人工作过程中出现的死锁问题,利用蚁群算法寻找逃离死区的最佳路径,从而保证机器人实现路径全覆盖,并降低覆盖路径的重复率。仿真实验中,通过与传统算法比较,所提算法在确保覆盖率为100%的同时,降低了死锁次数和轨迹重复率,从而增加了机器工作效率。最后,利用机器人样机做一定的实验,验证整个控制系统设计的可靠性和稳定性,包括上下位机通讯实验、自主避障实验、清洁实验和玻璃面攀爬实验。实验结果表明,设计的控制系统达到了预期效果,为玻璃幕墙清洁机器人控制系统方案提供一种参考。