清洁机器人是目前最贴近人类的机器人,它能够代替人完成家庭地面的清理,最有可能进入千家万户成为家庭生活的一部分。清洁机器人的研究涉及到机构学、运动学、导航和路径规划等关键科学问题,在服务机器人方面是近年来国内外学者重点研究的领域之一。针对当前清洁机器人功能单一、拖地机器人拖地效果不理想等问题,本论文首先基于可重构的思想,采用功能模块化的设计方法,设计出一款多功能清洁机器人,实现了单个清洁机器人完成吸尘、拖地等多种清洁任务目标;其次研究拖地机器人的拖地机理,提出一种利用海绵滚压并清洗地面的拖地方法并设计相应的拖地功能模块;最后,基于传感器非径向排列提出一种机器人无接触式的避障方法。论文的主要研究内容如下:(1)分析现有清洁机器人的结构特点,在现有的研究工作的基础上,采用模块化的设计方法,设计一款可实现吸尘、拖地等功能的清洁机器人。将不同功能模块通过插销连接到移动平台上以实现多种清洁功能。(2)分析拖地机器人拖地原理,针对现有拖地机器人污水残留问题,改进拖地方法,提出一种利用海绵滚压并清洗地面的拖地方法。建立拖地功能模块的数学模型,进行拖地功能模块结构参数分析,求解参数之间约束关系。拖地方法的有效性通过拖地实验得以验证。(3)针对现有清洁机器人采用少量短距离传感器时不能进行无接触式避障的问题,建立红外测距传感器的测量模型,提出基于红外距离传感器非径向排列的避障方法,通过仿真实验验证机器人无接触式避障方案的可行性。(4)加工多功能清洁机器人样机,通过机器人模块连接实验,验证多功能清洁机器人方案的可行性;通过拖地实验,验证拖地方法的有效性;通过避障实验,验证机器人避障方案的可行性。