为研制出一款具有黏附能力的爬壁机器人，本书以壁虎为仿生对象，对壁虎在接触面上的黏脱附运动进行观察，发现壁虎在目标面爬行时，首先将脚掌与目标表面接触，再向身体方向拖动脚趾，使脚底刚毛结构与目标面充分接触以增大黏附力；当壁虎脚掌即将脱离接触表面时，首先脚趾脱离接触面，然后其余部分依次脱离［80-82］。壁虎在运动过程中脚趾主要依靠肌腱伸缩实现翻转动作，在壁虎运动过程中，其脚趾在肌腱的作用下向上翻卷，为与平面接触做准备，如图2.7（a）所示；在与平面接触后脚趾舒展，增大脚趾与平面的接触面积，提高黏附力，如图2.7（b）所示。当壁虎需要抬脚时，其脚趾外翻减小与平面接触面积，减小脱附力及能耗。

受自然界中壁虎运动方式的启发，我们设计了一款新型仿生脚掌，该脚掌可实现与目标面的自主黏／脱附。仿生脚掌主要由舵机、球头、复位弹簧及四片有黏附材料的脚趾结构组成，脚掌结构如图2.8所示。该脚掌的设计一方面实现了对脚趾的控制，另一方面减小了因脚掌脱离接触面而产生的震颤，提高了仿壁虎机器人运动的稳定性。

图2.7　壁虎的足部结构(www.daowen.com)

（a）壁虎脚趾的翻卷；（b）壁虎脚趾的舒展

图2.8　仿壁虎机器人脚掌结构

安装在脚掌上方的舵机可以模拟壁虎的肌腱伸缩，通过舵机的转动来带动细线的收放，并通过复位弹簧的作用来驱动机器人脚趾并实现脚趾的外翻与内合运动。球头连接了小腿与脚掌，并使仿壁虎机器人脚掌结构增加了三个被动自由度。每个脚掌上装有对称的4根长度相同的复位弹簧，复位弹簧的存在使机器人脚掌结构在受到一定程度内的外力结束之后，能够恢复到初始状态。四片脚趾采用对称方式分布在球关节四周，脚趾采用一定刚度的聚氯乙烯（Polyvinyl Chloride，PVC）材料作为基底，并将干黏附材料附着于基底材料上，当脚掌与目标面接触时，基底材料可以为脚掌的主动黏附提供一定的预压力，使干黏附材料能够更好地黏附在目标面上。