相比于传统移动机器人,爬壁机器人是一种可以在倾斜程度较大甚至竖直二维或三维系统比如墙壁、天花板、悬崖等环境中移动的机器人。通过将移动能力与壁面攀附能力结合,爬壁机器人可以在一些人类以及常规机器人无法展开工作的环境下进行作业。因此爬壁机器人成为近年来特种机器人研究领域的热点课题。根据爬壁机器人使用的吸附方式,可将其分为磁力吸附、真空负压吸附、空气动力吸附、电粘附、机械夹持、以及仿生吸附等类型。但是磁力吸附必须在磁性表面才可以适用;真空负压吸附方式在面对粗糙有裂缝的表面时效果会减弱;空气动力吸附则有着能耗高噪音大的缺点;电黏附需要较高的能量供给,同时负载较小。由于室外复杂的环境以及粗糙的壁面状况,传统的爬壁机器人难以完成稳定的攀爬作业。而昆虫以及猫等生物利用足端的钩爪可以攀爬野外的多种壁面。受此启发,本文设计了基于仿生钩爪的四足仿生爬壁机器人,通过在机器人足端加装仿生钩爪,实现机器人在壁面的抓附与运动。主要研究内容如下:1)爬壁机器人运动机理分析与结构设计以具有粗糙壁面攀附能力的昆虫及猫等动物为仿生对象,研究其足端形貌特征与壁面抓附原理。建立简化的二维单根柔性爪刺与单个凸峰间接触模型,分析爬壁机器人在壁面运动时的机理及附着力需求,设计柔性爪片结构,钩爪及机器人爬行结构。2)爬壁机器人控制系统设计针对爬壁机器人控制需求,设计了主要由机器人主控芯片、通信模块、舵机模块、电源管理模块,远程遥控模块等组成的具有电源隔离和信号隔离的抗干扰控制系统;并设计了机器人控制主控程序框架。3)爬壁机器人运动控制方法研究以自然界中四足动物步态为参考,结合机器人爪足与壁面抓附方式,建立机器人运动学模型;以对角步态作为机器人运动步态,并设计机器人足端轨迹;研究使机器人能够在壁面稳定移动的方式。4)爬壁机器人仿真与物理样机实验对机器人进行实验测试,包括建立机器人仿真模型并对控制算法在仿真环境中进行验证与改进;对仿生钩爪进行壁面受力实验,测试其抓附能力;利用仿生爬壁机器人物理样机进行壁面攀爬实验。