在自然界的进化和生存竞争中，各种动物演化形成与其生存环境相适应的结构形态和运动方式［86，87］，对动物脚掌的形态及其作用力的研究是仿生学的重要方面。

壁虎脚掌的黏附力是通过分子间的范德华力作用实现的，同时壁虎脚掌还具有各向异性的黏附能力。

针对壁虎脚掌黏附力的特点，研究壁虎黏附脚掌形态具有重大的意义。通过实验发现壁虎脚掌黏附时脚掌姿态和壁虎脚掌在接触表面上的受力方向及壁虎的运动方向之间存在一定的关系。

壁虎脚掌为五趾，每个脚趾都具有黏附功能，以壁虎在竖直面爬行时右前脚掌为例，如图3.1所示，AOB为脚趾1、5趾尖连线（用以标识脚掌摆放方向），OQ为壁虎的运动方向，OM为脚掌在竖直面上所受合力方向。

观察数据表明脚趾1和5指尖的连线AOB与运动方向OQ的夹角为（68.4±7.4）°，而脚掌在竖直面上所受合力方向OM与运动方向OQ的夹角为（30.6±15.8）°。

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图3.1　壁虎在竖直面运动时右前脚的摆放姿态

在爬行过程中壁虎灵活的选择前脚掌姿态与落点位置，以使得整个爬行运动稳定、协调，同时由于脚掌黏附力存在各向异性，为使得整个运动过程中脚掌受力更加合理，前脚掌姿态与落点位置的可选择性就起到重要作用。

同时在观察壁虎爬行过程中身体姿态时，如图3.2所示，发现壁虎前脚落点位置偏向身体中心线，而且壁虎身体上任一点在爬行过程中都做复合运动，即由与大壁虎整体运动方向相一致（纵向）的和垂直于此方向（横向）的两个运动合成，而任意点的横向运动是周期性的，其周期与步态周期相同，如此运动的结果使身体在整个运动过程中呈现“S”形，而且壁虎在向上爬壁和在天花板上爬行时身体整体运动幅度比在地面爬行和向下爬行时的运动幅度要大。所以通过观察可以发现，为在不同的环境下获得更好的运动协调性和稳定性，壁虎前脚掌姿态与落点位置的选择不仅影响到脚掌的受力在整个运动过程中的合理性，而且还与壁虎在爬行时的身体姿态有着密切的关系。这对进行仿壁虎机器人步态规划研究具有重要的参考作用。

图3.2　壁虎在竖直面运动姿态