随着科技的发展,越来越多的杆件建筑,如旗杆、电线杆、广告牌和斜拉绳索等,已遍布城乡的各种场所。为确保杆件的正常使用,需要经常对其进行清洗与维护。目前采取的清洗方式主要以人工清洗为主,但存在成本高、效率低等缺点,因此,可研发一款爬杆机器人,作为移动平台搭载特定的清理装置攀爬杆件,实现低成本、高效率的杆件清洗与维护功能。本文研究的爬杆机器人基于模块化设计理念,在对比多种爬杆机构及爬杆机器人的基础上,根据所要攀爬的杆件的作业环境,确定机器人的主体结构,选用蜗轮蜗杆机构作为主运动,齿轮齿条为升降传动机构,机械抱爪为夹持机构,并重点分析各机构间的功能协调性、手臂夹持重合度以及攀爬摩擦力的参数变化等工作,对所建的三维模型进行虚拟样机仿真和有限元分析,并进一步完成结构优化,实现整体的轻量化,主要设计内容如下:（1）爬杆机器人的结构设计。对比各类爬杆机器人的移动方式和贴附方式,根据机器人工作环境要求和基本性能要求,确定机器人的爬行步态,选择合适的方案进行结构设计,并建立起机器人整体的三维模型。（2）爬杆机器人的虚拟样机仿真分析。利用Adams软件模拟爬杆机器人的爬行动作,得到机器人的运动轨迹和爬行距离,计算机械爪与攀爬杆件表面的作用力的大小,并绘制出齿轮齿条机构和夹持机构质心的位移、速度、加速度的变化曲线,并提取力和力矩。（3）爬杆机器人的有限元特性分析。运用ANSYS有限元软件对机器人本身的结构进行模态分析,验证设计结构的合理性,分析机器人在攀爬过程中机械手松开与抱紧两种运动危险工况下的静力学特性,得到应力应变最大值分布的区域,验证爬杆机器人机构的刚度和强度是否符合功能要求。（4）爬杆机器人的结构优化。在静力学分析的基础上对核心机构进行优化,得到机架系统在形状优化后质量减比为61.3%,应力值减比为25.8%,应变值减少比例为76%;夹持装置响应曲面优化后质量增比为19.89%;应力值减比为35.11%,应变值减比达85.60%;为了提高整体材料的利用率,对夹持装置进行拓扑优化,分别去除20%和40%材料,得出整体的强度和刚度略微削弱,但仍未达到材料的应力极限,机器人整体的轻量化达到要求。