在现代化大城市中,越来越多高层建筑物的玻璃幕墙需要清洗。从效率和安全的角度看,该场景十分适合机器自动化清洗。然而,现在主要清洗方式仍为人工清洗,玻璃幕墙清洗面临着劳动强度大、人力成本高、危险性高的突出问题。本文设计了一种可自主运行的玻璃幕墙清洗机器人,以解决这种需求。针对现有清洗机器人吸附效果差、越障能力低等问题,设计了一种基于柔索驱动和涵道风扇旋翼推进的清洗机器人。文中首先分析了设计需求和要求,然后提出总体设计方案,采用十字型布置的四个涵道风扇,确保吸附性能和越障的能力;设计了可转动涵道风扇的倾转机构,从而改变推力角度以抵抗横风,提高安全性;采用喷雾式预处理清洗壁面等策略,改善了清洗功能,增大了横向清洗面积。将测控系统按照控制系统和传感器模块分别进行了设计,完成了机器人总体设计。为保证机器人工作时特别是越障状态下的运动稳定性,研究了清洗机器人的稳定控制方法。针对姿态角易受干扰导致机器人失稳的问题,分析了基于十字型布置的四涵道风扇姿态角控制方法,解耦俯仰角和翻滚角控制,然后建立机器人本体的动力学模型,分别对俯仰角通道、翻滚角通道及飞高通道进行了控制器设计,给出稳定性指标,仿真分析验证了控制器效果。为实现机器人初步的自主性与提高定位感知的准确性,研究了基于传感器融合的定位感知方法。通过视觉和惯性传感器的数据融合,将帧间的IMU信息进行预积分处理并与图像信息对齐,建立非线性目标优化函数,实现了位姿估计算法,从而获得高精度的姿态角信息反馈给控制器;针对机器人位置坐标的估计问题,基于多传感器的信息利用几何学推导,建立了坐标估计方程。为验证理论设计和仿真分析的正确性,加工制造了样机,编制了软件程序,实验验证了样机的稳定性能与测控系统的有效性。