随着经济高速发展,化石燃料日益枯竭,太阳能等可再生能源的使用有利于缓解能源供应与碳排放的压力。然而光伏发电站多位于气候干燥、高温少雨的空旷地区,光伏组件表面积灰问题严重,导致其发电效率下降。因此,本文以光伏组件表面积灰清洁为目标,针对框架移动式清洁设备的不足之处加以改进,提出机器人设计需求,完成整机设计方案,并对行走机构支撑架进行结构优化设计,然后建立了机器人多工况下理论力学模型,为机器人的动态性能优化提供理论指导,最后对物理样机的性能进行测试,验证了机械结构的合理性和控制系统的有效性。本文主要工作如下:（1）提出一种半框架式光伏清洁机器人设计方案。基于国内外机械除尘技术研究现状分析,针对框架移动式清洁机器人的不足之处加以改进,提出一种半框架式光伏清洁机器人设计方案,并给出机器人行走机构、清扫机构和控制系统的设计参数。（2）提出一种拓扑优化结合响应面优化的设计方法。利用有限元软件对机器人关键零部件进行分析,并以机器人行走机构支撑架为研究对象,采用拓扑优化方法改良支撑架结构,然后利用响应面优化方法调整支撑架尺寸,以保证支撑架零部件在满足强度和刚度的要求下降低整机重量。（3）建立机器人多工况下理论力学模型并进行仿真验证。考虑到机器人运行环境复杂,为了验证机器人在复杂工况下运动的可靠性,提高结构优化后机器人的动态性能,建立了机器人多工况下的理论力学模型,并利用虚拟仿真软件对机器人进行多工况下运动仿真模拟,将仿真结果与理论分析值对比验证了理论分析的有效性,理论力学模型可以为机器人动态性能优化提供指导。（4）机器人性能测试。完成物理样机制作并搭建实验测试平台,开展机器人性能测试,分别为机器人在越障、爬坡等工况下运动测试以及除尘率实验。实验结果表明,机器人运行过程平稳且无打滑现象,其最大越障高度为18mm,最大爬坡角度为15°;机器人除尘率与机器人行走速度和滚刷旋转速度相关,当滚刷旋转速度为120rpm时,其除尘效果良好,当滚刷旋转速度不变时,降低其行走速度有助于提高除尘率。图[56]表[19]参[73]