由于近年来我国城市的快速发展,大量劳动力涌入城市,造成城市用地紧张。为了缓解城市人口压力,许多高楼大厦拔地而起。这些建筑物暴露在室外容易受到雨水以及风沙的腐蚀,为了保证这些建筑物尤其是玻璃幕墙的美观性,需要对其定期的清洗。目前高层建筑物玻璃幕墙的清洗方式主要是人工清洗,这种清洗方式效率低下,清洗成本大,还容易造成人员伤亡。为了解决高层玻璃幕墙清洗问题,有必要设计一款清洗玻璃幕墙的机器人,把人们从高危的环境中解放出来。本文以TX2与STM32作为系统硬件核心处理器,设计了包括硬件、软件以及后台和移动终端的控制系统。针对应用需求,设计机器人整体的系统控制方案。根据功能模块将机器人控制系统分底层驱动层、数据处理层以及人机交互层。其中底层驱动层主要通过STM32控制板对传感器进行数据的读取以及电机的驱动;数据处理层相当于机器人的大脑,属于决策层,负责接收底层传感器数据,处理相机采集的图片信息,并对这些数据进行处理,将处理后的信息发送给底层完成对机器人的控制;人机交互层是通过远程登录桌面连接数据处理层与控制端的PC,通过可视化的UI界面以及键盘相应,完成对机器人的状态观测以及外界对机器人控制。为了达到可靠的数据传输,设计了底层与数据通讯层通讯协议。针对玻璃幕墙清洗机器人运动过程中的稳定性问题,提出了线性二次型最优控制与双闭环PID控制结合的控制方法。针对机器人工作过程中姿态角的控制,采用线性二次型最优控制的方法,设计线性二次型最优化控制器,利用MATLAB工具选择合适的增益矩阵Q和增益矩阵R;针对机器人越障时沿坐标轴的位移,设计了经典的双闭环PID控制器,并利用SIMULINK工具对机器人沿坐标轴的位移进行仿真。机器人运行过程中需要完成对窗框的跨越,为了识别窗框并减少光照的影响,将采集到的图片进行颜色空间变换,并根据颜色对窗框进行识别,进而根据单目相机测距模型获取障碍物的距离信息,最后将单目相机获得的距离信息反馈给底层驱动层,辅助机器人完成下一步运动。最后搭建了实验平台,对玻璃幕墙清洗机器人的稳定性进行评价,实验结果表明本文所设计的控制系统可以满足多机器人运行过程中的稳定性要求。