斜拉桥是大跨度桥梁的重要形式,在世界各地的应用非常普遍。天气寒冷的地区,冬天斜拉桥缆索外层的PE套容易结冰,积冰可能导致缆索不规则地振动,缩短了缆索的使用寿命。此外,缆索上覆冰的意外掉落会对桥上行驶的车辆及行人造成安全威胁,因此需要定期对斜拉桥缆索进行除冰。目前除冰工作主要由人工敲打缆索来完成,此方式效率低下且危险性高,亟需研发一款缆索除冰机器人来代替工人完成作业。爬缆机器人技术和除冰机器人技术在现阶段虽然都有一定的发展,但经过调研仍未发现除冰机器人技术在斜拉桥缆索领域的应用。本文结合这两种机器人的特点确定了一种斜拉索除冰机器人的总体方案,并对机器人的爬升机构和除冰机构进行了详细设计。本文通过分析机器人爬升过程中的受力情况,建立了机器人爬升机构的动力学模型,并用ADAMS对爬升机构进行了虚拟样机仿真,得到了机器人爬升速度、预紧力大小、驱动轮所需扭矩以及机器人框架偏转角等仿真结果,研究了各参数对机器人攀爬稳定性的影响,验证了所设计爬升机构方案的合理性。本文还对除冰机构的运行方式进行了理论建模,分析了冰刀形状和除冰弹簧刚度等因素对机器人除冰效果的影响。通过ADAMS仿真对比了除冰机构在不同启动位置及各运行速度下对覆冰的作用力大小,再结合除冰电机所需负载,得到了除冰机构的最佳工作策略。用ANSYS中的Explicit Dynamics模块对除冰机构进行了有限元分析,研究了此破冰方式的除冰效果及除冰过程中覆冰呈现出来的特性,仿真结果显示覆冰能被冰刀击碎。最后,制作机器人样机,并搭建了室内爬升平台与除冰平台对机器人进行实验,实验结果表明机器人具备良好的爬升性能且可以有效去除PE套表面的覆冰。