受壁虎运动前后肌腱翻转的启发，本书的仿壁虎机器人脚掌由舵机驱动与脚趾外侧连接的细线（每片脚趾上连接2根细线），通过控制细线收卷的长度来实现脚趾的外翻与内合，以此实现仿壁虎机器人的自主黏／脱附功能，并能在运动过程中控制脚趾的形变状态，提高脚掌的黏附力，同时提高机器人的运动稳定性。在上一章节中，讨论了本书所用的干黏附材料PVS的黏附特性，在此基础上充分利用该黏附特性，设计了具有较强黏附力的新型仿壁虎脚趾结构。将所设计的脚趾应用在仿壁虎机器人身上时，虽然脚掌的黏附力大大提高，仿壁虎机器人可静止黏附在负表面，但并不能保证机器人在负表面上的稳定黏附运动。黏附在光滑负表面上的仿壁虎机器人如图6.23所示。

图6.23　黏附在光滑负表面上的仿壁虎机器人(www.daowen.com)

在仿壁虎机器人运动过程中，脚掌与接触面间的碰撞作用也会对机器人在负表面上的稳定黏附运动产生巨大影响，以对角步态为例，在仿壁虎机器人的运动过程中，机器人每一次的落腿均会导致机身的震颤，这种震颤不仅增加了仿壁虎机器人处于支撑相的脚掌所承受的作用力，减小其与接触平面的黏附面积，影响其黏附效果，同时也会影响处于摆动相的两个脚掌执行落腿动作，降低其与目标面的接触黏附效果，从而使仿壁虎机器人无法实现稳定的黏附运动。

本书对此进行了多次实验并仔细观察后发现，在仿壁虎机器人一个周期的对角步态运动过程中，机器人在抬腿前会通过舵机转动实现脚趾结构的外翻来减小脚掌黏附力，但机器人脚掌脚趾根部仍会有少量干黏附材料与接触表面间存在黏附作用。在仿壁虎机器人抬腿过程中，由于对角两只脚掌与接触面间的作用力突然消失，导致仿壁虎机器人机身沿支撑脚所在的对角线发生一定角度的旋转，同时机身产生大幅振动。此时处于支撑相的两只脚掌的法向黏附力为机器人四只脚掌共同黏附时的两倍，且受机身振动影响，处于支撑相的两只脚掌与接触面黏附面积减小，其法向黏附力减小，并有明显脱离平面的趋势。仿壁虎机器人对角两条腿处于摆动相时，通过舵机实现脚趾内合，并且使腿部关节向前进方向伸展。

由于仿壁虎机器人是刚体，当其处于摆动相的两条腿落腿时，其与目标平面发生碰撞时会产生一定的碰撞力，一方面该碰撞力增加了处于支撑相足端黏附的负担，使其与接触面的黏附效果变差，另一方面导致执行落腿动作的两条腿的脚掌无法实现与接触面间的稳定黏附。该现象直接影响了仿壁虎机器人进行黏附爬行运动的稳定性，如此循环几个步态周期后，当仿壁虎机器人的黏附力不足以克服自身重力及运动过程中机身振动产生的影响时，该机器人将与接触面脱离，因而无法实现其在光滑负表面上的稳定黏附运动。因此本章将对仿壁虎机器人脚掌与接触表面间的碰撞与脚掌的黏附力的关系进行研究。