幕墙清洗机器人的研究主要集中在样机搭建、机构设计和控制系统构建等问题上,国内外已经出现了多种样机,研究成果各具特色,但总的说来研究工作仍然处在样机的研制和实验阶段,其关键技术与理论有待于进一步深入研究。本文在国内外现有的壁面移动机器人研究成果的基础上,首先结合高空幕墙清洗作业的特点,对幕墙清洗机器人的共性问题——附着技术、清洗技术进行了较为深入的研究。然后结合国家大剧院椭球面幕墙,提出了自攀爬机器人构型,并就自攀爬机器人的构型设计、基本设计原则、可靠性分析等关键问题进行了深入研究,从方法论角度探索了此类型机器人的设计理论。最后在此基础上,设计了适用于国家大剧院椭球面外墙清洗的自攀爬幕墙清洗机器人。本文的主要研究内容如下: 第一、对幕墙清洗机器人附着技术问题进行了深入研究。在总结以前的幕墙清洗机器人附着技术的基础上,建立了幕墙清洗机器人的附着力学模型,从而使幕墙机器人的附着分析更为直观和明确;并基于此模型对幕墙机器人的附着状态的稳定性进行了分析,提出了幕墙清洗机器人的翻倒临界角及抗翻倒特征角的概念,为幕墙清洗机器人的设计提供指导作用。第二、对幕墙清洗机器人清洗技术问题进行了深入研究。首先分析总结了幕墙清洗的技术要求和适用于幕墙清洗的清洗技术,以及幕墙清洗机器人的清洗系统的构建,并在此基础上分析了不同方式的机械力清洗方法的特点。提出了清洗器的清洗强度概念,并分析讨论了清洗强度的影响因素和计算方法。第三、对自攀爬幕墙清洗机器人的构型及设计原则进行了研究。在分析幕墙清洗机器人的约束条件和基本功能的基础上,提出了幕墙清洗机器人的自攀爬构型,并分析了其力学特征和设计原则。建立了自攀爬机器人构型,为此类机器人的构型设计提供了理论基础。第四、针对幕墙清洗机器人对可靠性要求高的特点,利用模糊故障树分析法,建立了自攀爬幕墙清洗机器人的故障树,对机器人的可靠性进行了定性和定量分析,并获得关键零部件的重要度,从而为结构设计提供理论依据。第五、在上述研究的基础上,结合国家大剧院幕墙清洗的应用实例,设计了