爬壁机器人作为特种机器人的重要分支,在星球探索、军事搜救、地质勘测及核废料检测等领域有重要实用价值。爬壁机器人附着技术主要有磁粘附、负压粘附及仿生材料粘附等。然而针对陡峭的悬崖探测、桥梁安全检测及矿坑内壁探测等特殊环境,传统的磁吸附、负压吸附等方式很难附着在这些复杂的粗糙壁面上。仿生学研究发现,昆虫足部钩爪在其爬壁过程中有重要作用,因此我们设计了基于尖钩的仿生四足爬壁机器人,利用尖钩与壁面微凸起之间的机械锁合抓附在壁面上,以提高抓附可靠性。在利用仿生柔性手爪作为抓附机构的四足爬壁机器人设计过程中,首先定义粗糙壁面的表面特征,建立粗糙壁面微凸起的简化模型。根据微凸起之间的间距大小,研究尖钩与壁面微凸起的相互作用机理,并讨论尖钩末端尺寸、壁面微凸起的几何特征、尖钩与壁面之间的摩擦系数以及尖钩接触角等关键参数对抓附性能的影响。然后,基于对蟑螂足部跗节链的研究,设计了仿生柔性爪片结构,通过伪刚体建模方法计算柔性爪片的刚度矩阵,并利用有限元分析方法验证模型的正确性。通过柔性爪片平行阵列组合,设计了仿生对抓手爪,计算了手爪的最大抓附力,并设计了基于对抓手爪的四足爬壁机器人。为了提高爬壁机器人的抓附稳定性,设计了腿部平行四杆结构,可避免机器人手爪在爬行过程中受到额外扭矩的影响;同时,在机器人的每条腿上设计了三个转动关节,保证其可以跨越一定范围的障碍物,提高了机器人的灵活性。最后采用对角步态为机器人规划了直行与转弯的爬行轨迹,ADAMS软件仿真分析结果表明,设计的四足爬壁机器人在粗糙壁面上爬行速度为59 mm/s,转弯速度为4°/s,且稳定性好。