新时代的飞速发展迎来的是更多的高楼大厦,参差不齐的摩天大楼成为大型现代都市的一个重要标志。高层建筑的写字楼一般要求良好的采光性能,浅色玻璃因其实用美观、保温防潮等性能,受到大多高层楼房的青睐,美观和实用结合的外墙装饰就有了玻璃幕墙和瓷砖的结合。很多大型城市为了确保城市的美化工作,对城区建筑外墙的清洁做了隔期清洗的规范。然而,工人在进行作业时往往是用绳索捆绑腰间或者采用吊篮搭乘,外加高空冷暖气流变化快,在这种不利环境下进行高空作业容易引发安全隐患,人工成本大大增加且费时费力。因此一种新型可代替人工作业的爬壁清洗机器人的出现显得尤为重要,能够带动外墙清洗行业发生颠覆性改革。本文正是以此为目标展开的设计研究工作。论文首先在深入调研现有爬壁机器人技术的基础上,对上一代机器人在结构合理性和控制高效性上做了进一步优化研究,并深入分析了气动肌肉在不同气压源下对腿部抬腿的影响。在原有的基础上做了轻量化和腿部优化的详细结构改进,本体框架通过更换动平台为十字动平台,更换驱动形式后使得在步距不变情况下整体结构变小、变轻,控制简单独立互不影响,运动能力和安全稳定性更高。其次对新型爬壁机器人的优化设计详细分析:十字动平台机构相较于H型并联机构带来的巨大优势;腿部采用对称平行结构带来的好处;步距不变情况下整体外形尺寸减小重量减轻对作业的有利影响等。新设计的机器人整体具备以下优点:横纵方向可独立也可联合控制、运动灵活可靠,腿部收缩抬腿避免侧向倾覆力,重量减轻且内外框架接触区域接近使得切换振动大幅减小。最后对新设计方案的机器人运动过程的步态规划以及路径规划的决策分析,并建立了腿部的分析模型,进行了整体结构的静力分析和运动学分析,并对腿部建立了虚拟样机模型和Adams分析,并通过拓扑运算对框架进行了减重优化设计,最后通过有限元对系统整体进行应力、应变分析和模态仿真分析,验证了机构的合理性和可靠性。