人们工作和生活区域周边林立着各种类型的杆件,如电线杆、监控杆、路灯杆、广告立杆等等。这类杆件往往需要经常进行清洗与维护工作,目前这些工作一般是通过人员乘坐高空作业工程车进行人工操作的方式完成,费时、费力且效率低下。爬杆机器人的开发可以让其作为移动平台,搭载特殊的作业装置攀爬至杆件任意高度完成对杆件的清洗与维护工作。本文所研究的爬杆机器人基于模块化设计理念,结合杆件的尺寸、形状等数据设计而来,采用苏格兰轭机构作为传动机构,以柔性抱爪为夹持机构,在保证整体结构轻巧紧凑的同时又对杆件直径和形状有较强的适应性,具有较高的机动性能。本文主要以爬杆机器人为设计研究对象,通过建立爬杆机器人的虚拟样机与有限元模型来对其进行运动学分析及静态分析,并进一步完成机器人的结构优化和模态分析,主要设计研究内容如下:(1)构思并对比爬杆机器人的各类移动方式、贴附方式,选择合适的设计方案进行结构设计,并建立爬杆机器人三维模型。(2)爬杆机器人运动学仿真分析。通过MSC Adams软件模拟爬杆机器人正常爬杆动作从而获得爬杆机器人的运动轨迹、抱爪夹紧范围、抱爪与杆件间摩擦力等数据曲线。(3)爬杆机器人静力学特性分析。对爬杆机器人进行有限元静态力学分析,取得关键零部件在极限工况下的应力与位移云图,分析得出最大应力与最大位移处,校核验证零件的结构强度和刚度。(4)爬杆机器人拓扑优化及模态分析。根据爬杆机器人重要零部件的有限元静态分析结果,对爬杆机器人进行拓扑优化,使得上顶件与下顶件重量分别减轻35.6%和32%,并且对优化后重构的模型进行强度与模态分析。