随着城市的发展,屋顶光伏电站逐渐具有了很大的规模,为了提高城市空间利用率和光照使用时长,屋顶光伏面板主要分布在大型工厂和大型仓库的顶部,其建造特点是光伏面板分布面积广,倾斜角度小,难以布置大型清扫装置,而定期对光伏面板清扫对提高发电效率具有重要意义。随着人工成本的逐年增加,用清扫机器人取代工人来进行光伏面板的清扫已成为发展的必然趋势,但是针对于屋顶电站的清扫机器人并没有深入的研究和设计。针对这一问题,本文开展了屋顶光伏面板清扫机器人的设计及其自主控制系统的研究。首先,本文提出了用于大型屋顶光伏面板清扫的全向移动式机器人的设计。机器人使用水袋和滚轮滚刷式的清扫机构实现光伏面板清扫。机器人机身整体进行一体式的轻量化设计,搬运便携,工作时不需要复杂的安装过程,并且通过可转轮式的移动机构,实现了在光伏面板上移动灵活的特点。之后,为了实现机器人的自主清扫,本文设计了全向移动机器人的规划控制系统。针对清扫机器人移动机构的特点,建立了运动学模型,然后采用全覆盖搜索算法和A*搜索算法的结合对清扫轨迹进行规划。针对光伏面板在打湿之后摩擦力下降问题,分析光伏清扫机器人的车轮滑移条件,并进行了扰动情况下的模型搭建。针对于机器人打滑现象,本文基于魔术轮胎公式,建立了滑移率与机器人运动的动力学关系,基于卡尔曼滤波和动态窗口法,实现了附着摩擦系数在线估计的方法。最后,根据清扫机器人在光伏面板上的规划轨迹,本文设计了适用于低摩擦条件的轨迹跟踪算法。由于在光伏面板上难以进行精准的横纵向力控制,提出了基于运动学模型的横纵分离跟踪控制算法,在运动学模型中加入摩擦约束。针对非线性约束不可解的情况,在纵向上进行了清扫速度的串级PID控制,然后在横向空间中求解横向误差的预测控制模型。最终实现了机器人对光伏面板全覆盖的自主清扫任务,并且保持速度跟踪误差低于5%,轨迹跟踪误差在0.08m之内。