随着城市现代化的快速发展,高层建筑成为经济快速发展的一种象征,随之而来的高层玻璃清洗也就成为一种难题。现有清洗方式都是依靠人力清洗,成本高、效率低、安全系数低等问题促进了擦窗机器人市场的发展,使用机器人替代人力清洗已成为一种趋势。课题从实际应用出发,旨在研究一种成本低、效率高、智能化的磁吸附擦窗机器人,擦窗机器人能对大面积橱窗玻璃或家庭户型玻璃等进行有效的清洁。首先,本文对国内外现有擦窗机器人进行分析与对比,综合考虑有关擦窗机器人的关键技术,提出机器人的设计方案,主要包括磁吸附结构、驱动结构、探边探框结构和擦拭结构,最后完成虚拟样机的三维设计。其次,对机器人进行静力学和动力学分析,建立机器人安全磁吸附与航向角关系模型,为磁铁优化选型提供理论依据;在引入车辆动力学理论基础上,对单个驱动轮受力分析,建立电机扭矩与滑转率、航向角关系模型,为电机扭矩选取提供理论参考;以Pfaffian方程为运动约束方程,对整机建立动力学方程,使用ADAMS对整机运动仿真分析,研究直线运动运动轨迹和碰撞边框时的瞬间加速度,为机器人的运动控制提供参考;使用ANSYS Wrokbench对机器人主动机底盘上安装电机处进行有限元分析,保证电机安装结构的变形量在许可范围内。然后,在Ansoft Maxwell中建立磁吸附模块中永磁铁模型,分析磁力与永磁铁几何尺寸(半径、厚度)、工作间距之间的关系,从参数曲线中分析磁力变化规律,优化分析磁铁的利用率,在磁力相同情况下,选取质量最小的磁铁;仿真分析磁铁磁极排布方式对磁力的影响,选取合适的排布方式;对轭铁的铁磁性和顺磁性仿真分析,研究轭铁对磁铁磁力的影响。通过上述仿真分析,可为今后适用于不同厚度玻璃清洗机器人的磁体模块设计提供理论依据。最后,制作机器人物理样机,用实验结果验证前期设计和理论的准确性。实验结果表明,机器人磁吸附能力、运动性能和擦拭能力满足设计要求。