随着风力发电机组装机量的不断增加,风力发电机的维护维修工作量日益增多。当前风力发电塔架攀爬主要靠人工攀爬、助爬器和升降机等设备进行,主要适用于塔筒式的塔架。而在维护桁架式塔架时,一般租用大型高空作业车进行,成本较高、效率低下。为此,国内外对桁架结构塔架攀爬机器人进行了较多研究,但大多负载能力较差,难以满足工程实际需求。为解决这一问题,配合课题组提出的模块化新型风力发电塔架的设计,本论文提出了一种负载能力强、结构紧凑的剪叉式攀爬机器人构型,开展了针对这种机器人的优化设计研究,为提高风力机的可维护性提供技术参考。攀爬机器人在模块化风力发电塔架的安装与维护过程中承担塔架零部件的运输作用,应具有较好的负载能力;为了户外作业的便捷,攀爬机器人还应结构紧凑并便于运输。本文应用机器人设计理论,提出了轨道式机械夹持型攀爬机器人设计方案。通过对比分析直立固定式、水平固定式以及双铰接式三种剪叉结构方案,提出了剪叉式攀爬机构的构型。设计了对称结构的可伸缩支撑臂,确立了机器人的攀爬运动策略。为降低机器人功耗,提高载物箱运动平稳性,建立了剪叉式攀爬机构的运动学和力学模型,分析了影响载物箱运动速度和液压缸作用力的主要因素。运用ADAMS参数化建模完成了剪叉式攀爬机构的动力学特性分析,得到了关键结构参数对液压缸驱动力的影响规律。优选了影响液压缸作用力的关键参数。对优化后参数确定的剪叉臂结构进行了强度校核。设计了剪叉式攀爬机器人的液压系统,建立了同步缸和伺服阀系统的数学模型并完成了稳定性分析。应用AMESim建立了剪叉式攀爬机构机械模型和同步缸液压回路模型,并进行了机液联合仿真。分析了机器人载物箱在负载不均时,两同步液压缸的同步性能。利用PLC设计了手动和半自动两种机器人操作模式,分析了避免机器人坠机的控制方法。开发了触摸式人机界面并与基于PID闭环控制的PLC控制程序联合仿真,验证了控制系统的可靠性。