为提高太空运输的效率,降低运输成本,天梯系统作为未来替代火箭进入太空的运输工具已经得到广泛关注。而作为天梯系统运输主体的攀爬机器人是实现天梯功能的重要组成部分,攀爬机器人完成运输货物的任务,需具备沿天梯缆绳快速稳定运行的能力以及较强的环境适应性。本文针对攀爬机器人目前可用的爬升机构存在爬升速度、负载性能、环境适应性、能量利用率等性能较差导致不适合应用于天梯系统的问题,研制一种能够主动调整夹紧力且具有良好的负载性能、速度性能、环境适应性以及运行稳定性的攀爬机器人。具体研究工作如下:1)可调整夹紧力的高速爬升机构设计。从提升爬升机构适应性出发,提出一种可主动调整夹紧力的夹紧装置,对夹紧装置杆件尺寸进行参数分析以及优化。同时针对爬升机构对于高运行速度的要求,设计高效的机器人驱动装置。此外,根据爬升机构的作业要求,基于模块化思想对攀爬机器人的机体结构进行设计并完成攀爬机器人三维模型。2)攀爬机器人动力学特性及适应性分析。建立攀爬机器人近地面运行时的双驱动单元动力学模型,基于动力学模型得到机器人单个驱动轮所需驱动力矩条件、单个驱动单元所需驱动功率条件以及机器人克服下滑条件,分析攀爬机器人单个驱动轮附着稳定性以及缆绳厚度适应性。3)攀爬机器人多模式运动策略及控制系统设计与仿真。根据攀爬机器人的运行要求提出机器人多模式运动控制策略。同时,基于机器人双电机驱动动力学模型,设计双电机协同驱动功率均衡控制方法,并对机器人双电机控制系统进行仿真分析,对比分析不同功率均衡控制方法的仿真效果。此外根据机器人动力学特性,设计机器人夹紧力控制方法,对比分析变夹紧力与恒夹紧力对驱动电机能耗的影响,验证变夹紧力控制具有减少驱动电机能耗的作用。4)攀爬机器人样机研制及相关实验研究。以前文的理论分析为基础,对机器人零部件进行加工并装配完成攀爬机器人样机。通过搭建的室内、室外测试平台,验证所设计的爬升机构在近地面沿缆绳运动的稳定性、适应性、负载性能以及速度性能。基于实验平台开展机器人攀爬性能测试,对攀爬机器人的速度、负载、功耗进行分析,验证前文设计理论的正确性,并完成设计指标。