仿壁虎机器人的研究主要在两个方面，一方面是黏附机理，另一方面是驱动方式。因为仿生对象壁虎出色的爬壁能力，所以该项研究主要针对爬壁机器人开展。爬壁机器人因具备能够在垂直表面上实现稳定运动的出色能力，受到各行各业的关注与重视。目前为止，爬壁机器人广泛应用于造船业、建筑业、核工业、石化企业以及消防部门等领域［10-11］。

爬壁机器人一般具备这两个基本功能，即吸附功能和移动功能。爬壁机器人有以下几类：

（1）按吸附方式分类，爬壁机器人主要有电磁、负压吸附、推力吸附、干黏附和湿黏附等类型。各种吸附类型的特点如表1.1所述。

表1.1　爬壁机器人不同吸附类型的比较

（2）按结构分类，爬壁机器人主要有吸盘式、车轮式、履带式和仿生足式等。它们的优缺点如表1.2所述。（3）按驱动方式分类，爬壁机器人主要有气缸驱动和电动机驱动两种。

表1.2　爬壁机器人不同结构的比较

比较常见的磁吸附式机器人由电动机驱动而真空式机器人由气缸驱动。气缸和电动机驱动都有质量大的缺点，难以减小机器人自重，另外它们的效率较低且能耗大。为解决这些问题，机器人可以采用舵机或超声电动机等驱动，具有输出力矩大、体积小、控制方便和精度高等优点。

目前国内已经出现多种不同的爬壁机器人［12-20］，这些爬壁机器人主要基于真空吸附和螺旋桨推力方式［12］。中国科学院沈阳自动化研究所、上海交通大学、上海大学、哈尔滨工业大学和北京航空航天大学等单位对爬壁机器人做了大量研究。哈尔滨工业大学在爬壁机器人方面的研究开始比较早，其主要成果有壁面爬行遥控检查机器人、CLR-Ⅰ型和CLR-Ⅱ型壁面清洗机器人、除渣及测厚爬壁机器人、水冷壁清扫机器人和微声爬壁机器人等，其中用于高楼壁面清洗的真空吸附式爬壁机器人如图1.1（a）所示［13］，图1.1（b）为微声爬壁机器人，它采用负压吸附式：微型风扇将机器人体内的空气吹出，在壁面上实现吸附，前进移动由四轮实现，另外还可以在外部装机械手臂，该机械手臂可抓持无线麦克风、摄像头等设备，应用前景广泛。

图1.1　哈尔滨工业大学研制的爬壁机器人［13］

（a）真空吸附式爬壁机器人；（b）微声爬壁机器人(www.daowen.com)

中国科学院沈阳自动化研究所研制出一种蠕虫式两足爬壁机器人Strider，如图1.2所示，它采用微小型真空吸附方式［14，15］。Strider由并排布置的两腿、左右两足、腰部以及4个转动关节组成，由两个电动机驱动（每条腿上各有一个驱动电动机），运动方式为跨步行走，可以实现类似于人腿的交错运动。

图1.2　Strider机器人的结构［14，15］

北京航空航天大学机器人研究所也研制出多种爬壁机器人：2005年刘荣教授研制出一种微小爬壁机器人，采用负压吸附式，使用高速旋转电动机把内腔抽成真空，弹性橡胶当作密封裙边，如图1.3（a）所示；2006年研制一种采用正压贴附方式的爬壁机器人，它是基于直升机原理将机器人压附在墙面上，所以对材料和壁面的粗糙度没有特殊要求，如图1.3（b）所示；图1.3（c）为已经投入实际应用的“蓝天洁士”爬壁清洗机器人［16］。

图1.3　北京航空航天大学研制的机器人［16］

（a）负压吸附机器人；（b）正压贴附机器人；（c）“蓝天洁士”爬壁清洗机器人

国内其他研究机构还研制了一些爬壁机器人，例如上海交通大学的油罐检测爬壁机器人使用永磁吸附履带式作为爬行机构［17］，如图1.4（a）所示；哈尔滨工程大学研制的水下船体表面清刷机器人（采用双履带永磁吸附方式）和钩爪式爬壁机器人，如图1.4（b）和图1.4（c）所示；北京航空航天大学的王田苗等人进行仿壁虎爬壁机器人的结构设计、步态规划与路径设计等研究，研制出了一种基于磁吸附方式的仿壁虎爬壁机器人，该机器人采用柔性杆连接，可以实现在水平面和竖直面的爬行［18，19］，如图1.4（d）所示。

由此可知，爬壁机器人最基本的两个特征为吸附和移动，两者缺一不可。常见的附着方式有真空吸附［20-23］、磁吸附［24-26］、推力吸附［27］、钩爪抓附［28-30］、静电吸附［31-33］以及仿生干黏附［34-36］。其中真空吸附的真空发生装置主要有两种，一种为真空泵，利用真空泵使吸附装置（如吸盘）的内部与外部产生压差，依靠外部大气压强使吸附装置吸附于壁面，该吸附方式可实现小型轻量化设计，但能耗较大；另一种为供气源，通过在机器人上安装喷射装置，利用该装置将吸附装置内空气喷出，形成负压腔，该吸附方式噪声大，但真空度高，且壁面适应性强。磁吸附方式包括永磁体吸附和电磁铁吸附，该吸附方式无法在非导磁性壁上吸附，具有一定的局限性。推力吸附主要利用推力使机器人贴附于垂直面，推力一般由螺旋桨或涵道风扇产生，该吸附方式容易控制吸附力大小但稳定性较差。钩爪抓附主要依靠钩爪结构实现在粗糙面的稳定爬行，该抓附方式只适用于粗糙表面，环境适应性较差。静电吸附主要通过电极与壁面极性相反的电荷间电力场产生吸附力，该吸附方式能耗低、稳定性好，适用于大部分干燥绝缘体墙面。干黏附材料的黏附力不依赖于表面材料或大气压力，来自干黏附材料与接触面分子间的范德华力，因此黏附过程简单、无噪声，可重复使用且在接触面无残留，应用范围广泛，可以在各种各样的表面上攀爬，主要用于光滑表面的黏附运动。

图1.4　国内研制的爬壁机器人

（a）油罐检测爬壁机器人；（b）船体表面清刷机器人；（c）钩爪式爬壁机器人；（d）仿壁虎爬壁机器人