擦窗机器人作为服务机器人的一类,它的出现将使大面积玻璃窗的清洁维护变得简单,而且相对于人工清洁,机器人清洁效率高、成本低,具有一定的应用价值和商业前景。本课题从实际应用出发,目标在于研制一款小型单面擦窗机器人,能够对落地窗、门店橱窗等大面积玻璃进行清洁。本文首先根据应用要求提出单面擦窗机器人的技术实现方案,主要包括负压吸附结构、履带式驱动结构、清洁模块和光栅轮式探测结构等,完成虚拟样机设计。对擦窗机器人进行静力学、动力学分析,分别得到机器人负压吸附力模型、履带轮驱动扭矩模型;以Pfaffian方程为运动约束,建立机器人整机动力学方程,并利用ADAMS软件对机器人在玻璃表面的运动过程进行仿真,为机器人运动控制提供了依据;利用ANSYS软件对关键承载部件进行多目标优化设计,同时保证结构刚度和轻量化。将负压系统简化,根据负压流场分析和流体动力学分析,提出稳态下的负压吸附系统建模方法;基于RC电路等效模型和键图法,提出动态下的负压吸附系统建模方法,使得负压系统动态响应分析得以简化;利用Fluent仿真得到负压系统的稳态流场分布,以及负压腔体结构参数和流体变量的关系,提出负压系统与离心风机的匹配方法。最后完成单面擦窗机器人样机制作,通过实验测试验证了理论分析的准确性。所设计的擦窗机器人安全吸附特性、运动能力以及清洁效果良好,基本达到了设计要求。