随着城市现代化的发展和科技公司的兴起,各大城市高层建筑越来越多。在建筑业尤其高层办公写字楼,由于玻璃幕墙较好的采光性、保温防潮以及美观的功能,建筑外观大都采用玻璃幕墙装饰,但也衍生出非常繁重的玻璃幕墙清洗任务,目前的清洗方式还都是传统的人工清洗,不但危险系数高而且清洗效率较低。为此,本课题研究一款玻璃幕墙清洗机器人,把人从高危、繁重的劳动环境中解放出来。本课题针对玻璃幕墙清洗机器人工作的一般环境以及清洗工作过程中可能遇到的问题,分析出所研究清洗机器人需要具备的功能,即能够吸附在玻璃幕墙表面进行清洗工作,并且能够在整个墙面灵活稳定地移动的同时能够越过遇到的窗框等障碍。从功能需求出发,进行玻璃幕墙清洗机器人机械系统以及控制系统平台设计,主要包括整体方案的设计、吸附力产生机构的设计、清洗执行机构的设计、防撞保护机构的设计、驱动电机的选型、传感器的选型设计以及控制系统的设计与搭建。通多对多种结构方案进行分析研究,确定机器人的最终方案,即通过辅助提升装置辅助机器人在玻璃墙面的运动,采用螺旋桨来提供清洗吸附力以及越障推力,这种方案既能保证清洗机器人运行的安全稳定性,又具有灵活高效的越障能力。针对所设计机器人本体进行运动学模型的建立,并针对提升运动模型进行Adams建模与仿真,为控制系统的建立提供参考基础。同时,针对机器人的实际工作环境,采用视觉与超声波组合的窗框障碍物识别方法,对摄像头采集到的机器人运动前方图片,利用均值漂移算法除去由于玻璃透明、反光等因素引起的其他干扰,进而采用边缘检测算法较好的提取窗框的边缘信息,并利用卡尔曼滤波算法对双超声波检测到的窗框障碍物距离信息进行处理,减小由于超声波传感器与障碍物的不垂直带来的测量误差,得到较准确的障碍物距离信息。在上述功能设计与理论研究的基础上,研制出实验室第一代玻璃幕墙清洗机器人样机,并搭建了实验室玻璃幕墙实验平台对清洗机器人设计功能进行验证。并在实验过程中对各运动阶段运动参数进行测量,后期将机器人向更自主、运行稳定性更好、清洗性能更佳的方向发展。