随着国内外幕墙清洗机器人的不断涌现,用机器人替代繁重而危险的人工作业是一种理想的解决方案.但目前研究的重点主要集中在总体机构设计、控制系统构建等问题上,而对此类型机器人设计中的清洗机构、安全性等问题研究较少.该文以国内外现有的爬壁机器人研究成果为基础,结合国家大剧院超椭球外表面幕墙清洗作业应用实例,设计了新型自攀爬弧面幕墙清洗机器人,并对其中清洗机构及安全性等相关问题进行了重点研究.该文主要研究工作如下:第一、对国家大剧院幕墙清洗机器人载体构型设计问题进行了深入讨论.采用机械模块化设计,对各相关功能模块进行了详细讨论.在上述基础上,简要讨论了机器人控制系统结构.第二、对弧面幕墙清洗作业机器人的清洗机构进行了设计研究.首先介绍了清洗的概念和原理,针对国家大剧院特殊幕墙环境的作业要求,提出清洗约束条件并设计出实用的清洗机构.其次对滚刷作业指标及壁面清洗影响因素进行了分析研究.第三、将弧面幕墙清洗机器人的安全性问题进行分析研究.首先根据机器人设计方案及失效形式分析建立故障树模型,用故障树分析法对此模型进行定性和定量分析.针对系统底事件和中间事件发生概率情况获取不足的现状,将模糊集理论引入故障树分析法,将底事件(基本事件)发生概率描述为模糊数,通过模糊运算规则估计出整个系统的故障率.第四、利用所研制的自攀爬机器人样机进行了运动功能实验,结果证明设计原理和理论分析正确.