现代高楼外表面多采用瓷砖和玻璃幕墙结构,常年暴露于空气中,易受粉尘和雨水污染,因此需要对高楼外墙进行定时清洁作业。而目前对于高楼外墙的清洁依然多采用人工方式,即工人携带清洁装置,依靠悬吊机构对壁面进行清洁,不仅安全系数低,而且清洁效率低下。因此,市场急需一种壁面清洁机器人,能在壁面自主行走、自动清洁,同时具有良好的壁面适应能力和较高的清洁效率,从而替代人工清洁方式。本文根据高楼外墙自动清洁的作业要求,提出了一种壁面清洁机器人的结构设计方案,给出了机器人本体主要功能模块的详细设计,并对关键零件进行了仿真分析,在理论上验证了其性能。本文主要研究内容如下:(1)基于高楼壁面清洁的要求和对国内外壁面清洁机器人典型行走机构特点的分析,提出了一种履带吸盘式行走原理和机构方案,提出并设计了一种可实现行走和吸附联动的新型真空分配阀装置;(2)构建了了一种基于水雾喷淋、滚刷清洁,具有污水回收和双向清洁功能的清洁系统,并确定了其驱动方案;(3)对壁面清洁机器人本体的驱动系统、传动系统等其他功能模块进行了详细的设计与相关件校核和选型,分别确定了驱动系统和传动系统的方案;(4)针对有风载和无风载两种环境条件,分别对壁面清洁机器人本体进行了静力学分析,确定了机器人吸附力需满足的条件;(5)建立了壁面清洁机器人本体虚拟样机,并在极限风载的环境条件下,基于有限元法,仿真分析了壁面清洁机器人本体结构的静力学特性和动力学特性,校核了机器人的吸附可靠性和本体结构应力情况,对机器人本体进行了模态分析,为该型清洁机器人的样机开发和应用奠定了基础。