建立了仿壁虎机器人控制系统硬件和软件后，还需要通过仿真软件行进仿壁虎机器人步态的规划和虚拟样机的仿真。通过仿真软件对机器人各关节的规划，使机器人各关节更协调，避免仿壁虎机器人在爬壁过程中各关节的过驱动，造成伺服电动机的堵转和机器人结构的损坏。利用MATLAB中的Simulink／SimMechanics工具箱建立仿壁虎机器人仿真模型。将得到的仿壁虎机器人12个关节的数据写入机器人控制系统中，控制机器人按照规划步态行走。重新改进机器人脚掌结构，利用特殊的黏附材料，完成机器人对角步态的地面爬行实验，并分析实验结果。

机器人足端采用一种特殊的黏性材料。当一块2 cm×4 cm黏性材料水平贴近墙面进行黏附，法向正压力达到200 mN时，在和墙面平行方向能够产生2 N的黏附力，这足够驱动机器人身体在垂直墙面爬行。在脱附时，该材料只需要受到沿墙面法向100 mN的拉力即可脱附，如图7.17所示。

利用该材料特殊的黏附性能，采用被动黏附和脱附的方式，通过机器人各关节的协调，设定好抬起和落腿的时间，实现脚掌的黏附和脱附。为使黏附材料能够均匀黏附于墙壁，仿壁虎机器人采用如图7.18所示的脚掌结构。

图7.17　黏附材料力学性能

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图7.18　脚掌结构

由于控制芯片Flash容量有限，步态数据定义为8位有符号整形数组，因此仿真时的步态数据均设置为整数，每个关节在一个爬行周期内均有100个角度数据。将仿真得到的步态写入控制系统芯片中，使机器人按照规划的步态周期性行走，如图7.19所示。

图7.19　仿壁虎机器人对角步态

实验环境为室内无尘环境，壁面为光滑油漆木板，倾斜角度为45°，电源采用外部双路稳压源供电的方式，一路给控制系统提供+5 V电压，另一路提供+5 V电压用于驱动伺服电动机。仿壁虎机器人步态的前4.5 s为准备进入周期步态阶段，之后每6 s一个周期。在34 s内爬行120 cm，平均运动速度为3.5 cm／s。机器人各关节电动机运动平滑，各关节无干涉。在MATLAB上规划的仿真机器人步态规划完全能够在真实机器人上实现，实验验证了控制系统的准确性和可行性。

通过实验发现，脚掌在黏附时，对壁面的冲击被脚掌和约束弹簧吸收，机器人本体没有受到冲击造成的振动，脚掌黏附材料受力充分，均匀地与壁面黏附。在驱动机器人身体前进时，黏附材料能够给机身提供足够的切向驱动力，脚掌无脱落和滑动现象。在脚掌脱附时，由于脱附力矩小，脚掌脱附时间短，无关节电动机堵转现象。机器人身体始终平行于前进方向，运动平稳。但当机器人采用对角步态，在爬行至50°壁面时，机器人向一侧倾斜，使另一侧的机器人脚掌不能充分黏附壁面，造成机器人滑动和跌落。因此，对角步态只适合于仿壁虎机器人在小倾斜度平面快速运动，不适合机器人爬壁运动。