CN101890988B - 一种机器人仿壁虎粘附脚趾及其运动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机器人仿壁虎粘附脚趾及其运动方法，属于仿生机器人技术应用领域。该脚趾包括柔性材料脚趾基底(c)、嵌于柔性材料脚趾基底(c)的粘性材料层(a)，且上述粘性材料层(a)的下底面与柔性材料脚趾基底(c)下底面高度一致；在柔性材料脚趾基底(c)上面还设有弹簧层(b)。脚趾有三种具体结构，分别呈平板状、呈半弧形、呈弯曲180度的拱形立体结构。本发明依据其特殊的悬臂式结构特点，采用被动驱动的方式，能够提供单方向具有较大粘附力而反方向具有较小脱附力的特性，能完全模拟壁虎单方向较大的粘附力和反方向较小脱附力的这种力学各向异性特点，并应用于仿壁虎机器人中。

Description

一种机器人仿壁虎粘附脚趾及其运动方法

技术领域

本发明属于仿生机器人技术应用领域，具体涉及一种仿壁虎脚趾的结构设计及其使用方法，主要应用于仿壁虎爬壁机器人脚掌设计中以实现爬壁运动。 

背景技术

大壁虎可以在地面、陡壁、天花板等不同法向面上自由灵活地运动。壁虎的这种运动特征能力成为科学家研究模仿的对象。爬壁机器人可以在危险陡峭的竖直面上工作，在大厦外壁清洗、船舶检测、航天舱外维修等领域具有广泛的用途，因而受到各发达国家的重视。像壁虎一样能够在竖直壁面和天花板上爬行的仿壁虎爬行机器人是目前世界上仿生机器人中比较前沿的热点问题之一。吸附技术是仿壁虎机器人实现爬壁的核心技术，而目前国内外经过多年的研究和发展后，现有爬壁机器人在吸附方式上主要有磁吸附和负压式吸附方式。现就本项技术和相关领域的研究现状和试验样机的优缺点做一下介绍： 

(1)北京航空航天大学机器人研究所研制的一种能够地、壁过渡的仿壁虎四足爬行机器人(专利号：CNI01353064A)。该机器人采用四足爬行方式，由机械部分和电路部分组成，机械部分由身体和四肢构成，分前后两部分，完全对称，两部分之间通过移动副连接。该机器人采用的粘附方式是主动的电磁式吸附。电磁吸附是通过磁力吸附在附着面上，吸附力大，但要求附着面导磁。并且机器人在移动过程中需要向电磁铁供电，对机器人的供电需求很大。 

(2)哈尔滨工程大学王立权教授申请的专利仿壁虎微小型机器人(专利号：CN 1947959A)采用了主动真空吸附方式。机械结构包括仿生壁虎单腿结构、仿壁虎机器人身体组装结构和负压吸附及放压装置，仿生壁虎单腿由大腿、小腿和吸盘组成。单腿由3个舵机驱动，身体结构包括两个腰部驱动舵机、两个气泵、两个气体放压装置、两个四通气管接头和六个塑料导体管等构成。真空吸附方式 不但吸附结构复杂，不稳定，而且由于这样的吸附方式要求附着面平整易密封，因此对环境有较大的局限性。 

在基于干性粘附方式中，美国斯坦福大学教授马克·库特科斯基的研究小组开发出壁虎机器人Stickybot(Daltorio，2005；Carlo Menon，2004)。该机器人在结构和吸附方式上能模仿壁虎，其脚掌上拥有弹性材料制成的人造刚毛，每根刚毛都能利用分子力即著名的范德华力“吸住”墙壁。这些微小的聚合体毛垫能确保足底和墙壁接触面积大，进而使范德华粘性达到最大化。但是该粘附材料的制作工艺难度大，制造成本高。目前干性粘附的吸附能力比起真实壁虎还是相差很多，而且加工难度高却易损耗。同时该机器人转动脚掌的舵机驱动拉线方式，实现脚掌脱附和粘附。这种主动粘附方式需要附加拉线机构和独立的拉线驱动电机，因此实现时也增加了***的复杂度。 

传统的粘附材料，由于其相同粘附材料具有相同的粘附性能，在直接应用时粘附力和脱附力是恒定的，即会出现相同大小的粘附力和相同大小的脱附力(有可能导致粘住后脱离不了，也有可能根本导致初始就粘不住)，不利于模拟壁虎单方向具有较大粘附力而反方向具有较小脱附力的特性。 

上述的主动驱动爬壁方式，增加了***的复杂性和能耗，而磁吸附和负压吸附等粘附力和脱附力恒定，不能完全模拟壁虎一个方向具有较大粘附力而另一方向具有较小脱附力的特性。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种机器人仿壁虎粘附脚趾及其运动方法，该仿壁虎脚趾可适用于在光滑表面粘附的仿壁虎爬行机器人脚掌设计和运动实现中，依据其特殊的悬臂式结构特点，采用被动驱动的方式，能够提供单方向具有较大粘附力而反方向具有较小脱附力的特性，能完全模拟壁虎单方向较大的粘附力和反方向较小脱附力的这种力学各向异性特点，并应用于仿壁虎机器人中。 

方案一： 

一种机器人仿壁虎粘附脚趾，其特征在于：脚趾整体呈平板状；脚趾包括柔性材料脚趾基底、嵌于柔性材料脚趾基底的粘性材料层，且上述粘性材料层的下底面与柔性材料脚趾基底下底面高度一致；在柔性材料脚趾基底上面还设有弹簧 层，弹簧层前端后端分别与柔性材料脚趾基底前端后端固定；上述柔性材料脚趾基底在趾尖部位和趾跟部位无粘性材料 

由于其特殊的悬臂式结构特点，有利于克服较小脱附力阻力就能实现脱附，具备了较小脱附力的特点；同时脚趾粘附后在沿粘附表面平行向后的方向施加作用力时，能够产生较大的粘附力，因此具备了较大粘附力特点。可满足单方向具有较大粘附力而反方向具有较小脱附力的要求，能完全模拟壁虎单方向较大的粘附力和反方向较小脱附力的这种力学各向异性特点。 

上述的机器人仿壁虎粘附脚趾的运动方法，其特征在于：(1)、驱动脚趾根部实现X和Y方向的运动；(2)、脚趾粘附过程，包括以下步骤：脚趾与粘附光滑表面成一定角度，使趾尖先与光滑表面接触；开始接触后，趾根向光滑表面运动，且趾根运动过程沿一个向趾尖方向凸出的弧形运动轨迹进行，此方式在脚趾中间靠脚趾根部附近提供主要的粘附力；上述弧形轨迹的弯曲程度影响最大粘附力，粘附材料的粘附特性根据实验测试得到，根据工程运用需要选择能够提供较大粘附力的运动轨迹；(3)、脚趾脱附过程，包括以下步骤：在初期趾根斜向上和向前成一定角度，使趾根先脱附；开始脱附后，趾根向前成一定弧形轨迹运动使整个脚趾逐步脱附；上述弧形轨迹的弯曲程度影响最大脱附力，粘附材料的粘附特性根据实验测试得到，根据工程运用需要选择能够提供较小脱附力的运动轨迹。 

上述粘附的弧形运动轨迹将极大影响最大粘附力的大小、同时脱附的弧形轨迹也将影响到最大脱附力的大小，在实际应用中，选择能够产生较大粘附力和较小脱附力的运动轨迹。平板状的粘附脚趾在粘附过程中所起的粘附作用的材料主要分布于粘附脚趾中部靠脚趾根部附近。 

方案二：： 

一种机器人仿壁虎粘附脚趾，其特征在于：脚趾整体呈半弧形；脚趾包括柔性材料脚趾基底、嵌于柔性材料脚趾基底的粘性材料层，且上述粘性材料层的下底面与柔性材料脚趾基底下底面高度一致；在柔性材料脚趾基底上面还设有弹簧层，弹簧层前端后端分别与柔性材料脚趾基底前端后端固定；上述嵌有粘性材料层的柔性材料脚趾基底前后长度大于上述弹簧层前后长度；柔性材料脚趾基底呈 拱形位于弹簧层上；上述柔性材料脚趾基底在趾尖部位和趾跟部位无粘性材料。 

基于上述类似的悬臂式结构特点，也具有较大粘附力而反方向具有较小脱附力特点，由于半弧形结构使得在粘附过程中弹簧层变形较大，增加了弹簧的预拉力后有助于克服更小的脱附力，以更好的满足单方向具有较大粘附力而反方向具有较小脱附力的要求，能完全模拟壁虎单方向较大的粘附力和反方向较小脱附力的这种力学各向异性特点。 

上述的机器人仿壁虎粘附脚趾的运动方法，其特征在于：(1)、驱动脚趾根部实现X和Y方向的运动；(2)、脚趾粘附包括以下三种方式，根据实际所需粘附力大小选择相应方式：(2-1)、脚趾与粘附光滑表面呈平行状开始接触，开始接触后趾根向光滑表面运动，此方式在脚趾中间部分提供主要的粘附力；(2-2)、脚趾与粘附光滑表面呈成一定角度开始接触，使脚趾前端先接触，开始接触后趾根向光滑表面运动，此方式在脚趾中后端提供主要的粘附力；(2-3)、在方式(2-1)或方式(2-2)的情形下，再使脚趾趾根向光滑表面运动时有一往返运动过程，此方式在脚趾前、中、后端都提供粘附力；(3)、脚趾脱附包括以下过程：在初期趾根斜向上和向前成一定角度，使趾根先脱附；开始脱附后，趾根向前成一定弧形轨迹运动使整个脚趾逐步脱附；上述弧形轨迹的弯曲程度影响最大脱附力，粘附材料的粘附特性根据实验测试得到，根据工程运用需要选择能够提供较小脱附力的运动轨迹。 

由于半弧形脚趾结构的柔性特点，按照方式(2-1)粘附时，由于脚趾的中间部分提供主要的粘附力，因此总的粘附力相对较小；按照方式(2-2)粘附时，由于脚趾的中后部分提供主要的粘附力，因此总的粘附力相对中等；按照方式(2-3)粘附时，由于脚趾的前、中、后部分提供主要的粘附力，因此总的粘附力相对较大；半弧形结构增加了弹簧的预拉力，向前成一定弧形轨迹运动使整个脚趾逐步脱附；上述粘附和脱附方式的选择可根据实际工程需要进行选择。 

方案三： 

一种机器人仿壁虎粘附脚趾，其特征在于：脚趾整体呈弯曲180度的拱形立体结构，且拱形结构由内向外依次为弹簧层、柔性材料脚趾基底，且柔性材料脚趾基底与弹簧层通过末端固定装置在粘附脚趾趾跟部位固定；上述柔性材料脚趾基底外侧还嵌有粘性材料层；且上述粘性材料层的外表面与柔性材料脚趾基底外 表面在同一曲面上；上述柔性材料脚趾基底在趾尖部位和趾跟部位无粘性材料。 

基于上述类似的悬臂式结构特点，也具有较大粘附力而反方向具有较小脱附力特点，由于全弧形结构使得在粘附过程中弹簧层变形更大，更大地增加了弹簧的预拉力后有助于克服更小的脱附力，更好地满足单方向具有较大粘附力而反方向具有较小脱附力的要求，能完全模拟壁虎单方向较大的粘附力和反方向较小脱附力的这种力学各向异性特点。结合全弧形结构底层和顶层具有粘附材料，可分别实现前后两个方向上的粘附，可根据实际工况选择需要某个粘附力作用方向的运动轨迹。 

上述的机器人仿壁虎粘附脚趾的运动方法，其特征在于：(1)、驱动脚趾根部实现X和Y方向的运动；(2)、脚趾粘附包括以下两种方式，根据实际所需选择相应方式：(2-1)、脚趾与粘附光滑表面呈垂直状，使脚趾趾尖无粘附材料部位与光滑表面先接触，开始接触后趾根斜向后向光滑表面运动，此方式在脚趾底部与光滑表面粘附，总的粘附力方向向后；(2-2)、脚趾与粘附光滑表面呈垂直状，使脚趾趾尖无粘附材料部位与光滑表面先接触，开始接触后趾根斜向前向光滑表面运动，此方式在脚趾顶部与光滑表面粘附，总的粘附力方向向前；(3)、脚趾脱附过程包括以下两种方式，根据实际所需选择相应方式：(3-1)、若脚趾粘附过程采用方式(2-1)，则在初期趾根斜向上和向前成一定角度，使趾根先脱附；脚趾开始脱附后，趾根向前成一定弧形轨迹运动使整个脚趾逐步脱附，总的脱附力向前；(3-2)、若脚趾粘附过程采用方式(2-2)，则在初期趾根斜向上和向后成一定角度，使趾根先脱附；脚趾开始脱附后，趾根向后成一定弧形轨迹运动使整个脚趾逐步脱附，总的脱附力向前；上述弧形轨迹的弯曲程度影响最大脱附力，粘附材料的粘附特性根据实验测试得到，根据工程运用需要选择能够提供较小脱附力的运动轨迹。 

由于全弧形脚趾结构具有底层和顶层粘附表面，按照方式(2-1)粘附时，由于脚趾的底部提供主要的粘附力，此时总的粘附力方向向后；按照方式(2-2)粘附时，由于脚趾的顶部提供主要的粘附力，此时总的粘附力方向向前；按照方式(3-1)和(3-2)脱附时，粘附力方向与脱附力方向相反；上述粘附和脱附方式的选择可根据实际工程需要进行选择。 

比较以上三种方案，实验表明按方案一粘附和脱附时，粘附力相对中等，脱 附力相对中等；按方案二中的(2-1)、(2-2)和(2-3)方式粘附时粘附力分别相对中等、较大和最大，按方案二脱附时脱附力相对较小；按方案三中的(2-1)、(2-2)方式粘附时粘附力相对中等，按方案三中的(3-1)、(3-2)方式脱附时脱附力相对最小。 

上述方案一、方案二、方案三种弹簧层可为一根弯曲180度的弹簧；且弹簧弯曲后两端部合并后通过末端固定装置与柔性材料脚趾基底固定。弹簧的作用在于提供微小量的刚度，因此采用一般的钢片(如具有微小量的刚度)同样也能实施，更可依据工况选择合适刚度的钢片以满足实际需求。 

因此，粘附脚趾呈现不同的结构，结合不同的粘附和脱附运动可实现不同的粘附力和脱附力的性能要求。 

本发明与现有技术相比有如下优点： 

1、本发明能够模拟壁虎脚趾粘附力的各向异性特点(单方向具有较大粘附力而反方向具有较小脱附力的特性)，为仿壁虎爬壁机器人运动实验提供重要的力学测试环境。 

2、本发明的粘附脚趾结构简单、工作原理清晰、加工方便、经济可行。 

3、本发明的粘附脚趾体积小、重量轻，满足仿壁虎爬壁机器人结构设计要求，为仿壁虎爬壁机器人实现爬壁运动提供必要的设备保障。 

4、本发明的粘附脚趾属于被动式(无需主动驱动方式)粘附方式，有别于传统的磁吸附、负压吸附方式等，减小了主动驱动的设备要求和能耗，减小了爬壁运动的控制难度，有助于机器人结构一体化设计。 

附图说明

图1-1是本发明平板状粘附脚趾结构示意图。 

图1-2是本发明平板状粘附脚趾粘附运动方式示意图。 

图1-3是本发明平板状粘附脚趾脱附运动方式示意图。 

图1-4是本发明平板状粘附脚趾粘附运动5种轨迹图。 

图1-5是本发明平板状粘附脚趾粘附运动随5种轨迹运动的最大粘附力图。 

图1-6是本发明平板状粘附脚趾脱附运动5种轨迹图。 

图1-7是本发明平板状粘附脚趾脱附运动随5种轨迹运动的脱附力轨迹图。 

图2-1是本发明半弧形粘附脚趾结构示意图。 

图2-2是本发明半弧形粘附脚趾粘附运动方式1示意图。 

图2-3是本发明半弧形粘附脚趾粘附运动方式2示意图。 

图2-4是本发明半弧形粘附脚趾粘附运动方式3示意图。 

图2-5是本发明半弧形粘附脚趾脱附运动方式示意图。 

图3-1是本发明全弧形粘附脚趾结构示意图。 

图3-2是本发明全弧形粘附脚趾粘附运动方式示意图。 

图3-3是本发明全弧形粘附脚趾脱附运动方式示意图。 

上述图中标号名称：a、粘性材料层；b、弹簧层；c、柔性材料脚趾基底；d、末端固定装置。图中1、2、3、4、5、6的标号分别为粘附或脱附运动顺序号，以表示按照相应的顺序及对应图中的运动方式进行有效使用。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明： 

具体实施方式1 

结合图1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-6、1-7，本实施例为一种平板状粘附脚趾结构设计及其使用方法，包括粘性材料、刚性弹簧材料、橡胶柔性材料、末端固定装置。如图1-1所示，粘性材料为双面粘性材料，将粘性材料粘附于橡胶柔性材料的一面，脚趾根部由末端固定装置将刚性弹簧材料和橡胶柔性材料固定，刚性弹簧材料和橡胶柔性材料的另一端也相应固定，保证以橡胶柔性材料为基底的粘附材料呈现平板状。如图1-2所示，平板状粘附脚趾粘附时可按照图中所示顺序及其粘附运动轨迹，在初期可将脚趾与粘附光滑表面成一定角度接触，开始接触后根部向前成一定弧形运动，弧形的弯曲程度将影响最大粘附力的值。可将粘附脚趾末端固定于平面二自由度的运动平台中，其中X和Y方向的运动可由步进电机驱动，根据相应的运动轨迹，实现在二维平面内的运动控制，同时可采用在粘附脚趾末端固定装置后安装力传感器，实现对力信号采集，在运动过程中对最大粘附力和脱附力进行标定测试，最终可得到粘附材料的粘附特性，以满足工程中的实际运用要求。如图1-3所示，平板状粘附脚趾脱附时按照图中所示 顺序及其脱附运动轨迹，在初期可将脚趾根部斜向上和向前成一定角度接触脱附，开始脱附后根部向前成一定弧形运动，弧形的弯曲程度将影响最大脱附力的值，依据上述的实验测试方式，可得到粘附材料的粘附特性，以满足工程中的实际运用要求。 

选取一种双面胶材料(CROWN#612)，长为30mm，宽为12mm，初始接触角度为30°进行实验测试，按照如公式(1)的粘附轨迹和公式(2)的脱附轨迹运动，得到如图1-5最大粘附力值和如图1-7脱附力轨迹，可见，不同的粘附轨迹和脱附轨迹对粘附脚趾的最大粘附力和脱附力影响也不同，具体可按照实际采用的粘附材料类型、尺寸大小、弹簧刚度和橡胶柔性度不同，按照上述实验测试寻找符合实际工程需要的运动轨迹。 

1)粘附轨迹： 

$\left\{\begin{array}{cc}{y}_1=\sqrt{2170.236+34.46x_1-x_1^2}& -32.44\≤x_1\≤-29.44\\ y_2=\sqrt{3617.486+83.62x_2{-x}_2^2}& -31.44\≤x_2\≤-29.44\\ x_3=-29.44& 0\≤y_3\≤17\\ y_4=8.5\±\sqrt{-2178.703-105.9x_4-x_4^2}& -29.44\≤x_4\≤-27.95\\ y_5=8.5\±\sqrt{-1661.106-88.32x_5-x_5^2}& -29.44\≤x_5\≤-27.16\end{array}\right.---\left(1\right)$

2)脱附轨迹： 

$\left\{\begin{array}{cc}{y}_1=\sqrt{1156-{x_1}^2}-17& -34\≤x_1\≤0\\ y_2=\sqrt{1156-{x_2}^2}-12& -34\≤x_2\≤0\\ y_3=\sqrt{1156-{x_3}^2}-9& -34\≤x_3\≤0\\ y_4=\sqrt{1156-{x_4}^2}-6& -34\≤x_4\≤0\\ y_5=\sqrt{1156-{x_5}^2}& -34\≤x_5\≤0\end{array}\right.---\left(2\right)$

如图1-5所示的最大粘附力值表明，按照粘附轨迹5粘附时，粘附力相对最大，即向趾尖方向凸的轨迹更利于产生更大的粘附力；如图1-7所示的脱附力值表明，按照轨迹1脱附时，脱附力相对最小，即总体较向前运动的脱附轨迹更有利于产生较小的脱附力。 

具体实施方式2 

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明： 

结合图2-1、2-2、2-3、2-4、2-5，本实施例为一种半弧形粘附脚趾结构设计及其使用方法，包括粘性材料、刚性弹簧材料、橡胶柔性材料、末端固定装置。如图2-1所示，粘性材料为双面粘性材料，将粘性材料粘附于橡胶柔性材料的一面，脚趾根部由末端固定装置将刚性弹簧材料和橡胶柔性材料固定，刚性弹簧材料和橡胶柔性材料的另一端也相应固定，保证以橡胶柔性材料为基底的粘附材料呈现半弧形。如图2-2所示，半弧形粘附脚趾粘附时可按照图中所示顺序及其粘附运动轨迹1，在初期可将脚趾与粘附光滑表面平行接触，开始接触后根部向后成一定弧形运动，弧形的弯曲程度将影响最大粘附力的值，可通过上述相同的实验测试进行标定，得到粘附材料的粘附特性，以方便工程运用。如图2-3所示，半弧形粘附脚趾粘附时可按照图中所示顺序及其粘附运动轨迹2，在初期可将脚趾与粘附光滑表面成一定角度接触，开始接触后根部向后直线运动，直线的斜率将影响最大粘附力的值，可通过上述相同的实验测试进行标定，得到粘附材料的粘附特性，以方便工程运用。如图2-4所示，半弧形粘附脚趾粘附时可按照图中所示顺序及其粘附运动轨迹3，在初期可将脚趾与粘附光滑表面成一定角度接触，开始接触后根部向后直线运动，运动时可来回反复运动，反复运动幅度将影响最大粘附力的值，可通过上述相同的实验测试进行标定，得到粘附材料的粘附特性，以方便工程运用。如图2-5所示，半弧形粘附脚趾脱附时按照图中所示顺序及其脱附运动轨迹，在初期可将脚趾根部斜向上和向前成一定角度接触脱附，开始脱附后根部向前成一定弧形运动，弧形的弯曲程度将影响最大脱附力的值，可通过上述相同的实验测试进行标定，得到粘附材料的粘附特性，以方便工程运用。该半弧形粘附脚趾的粘附原理与上述平板状粘附脚趾的粘附原理相同，具体的测试性能也可按照上述提供方法，寻求满足工程需要的运动轨迹。 

具体实施方式3 

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明： 

结合图3-1、3-2、3-3，本实施例为一种全弧形粘附脚趾结构设计及其使用方法，包括粘性材料、刚性弹簧材料、橡胶柔性材料、末端固定装置。如图3-1所示，粘性材料为双面粘性材料，将粘性材料粘附于橡胶柔性材料的一面，脚趾 根部由末端固定装置将刚性弹簧材料和橡胶柔性材料固定，保证以橡胶柔性材料为基底的粘附材料呈现全弧形。如图3-2所示，全弧形粘附脚趾粘附时可按照图中所示顺序及其粘附运动轨迹，在初期可将脚趾与粘附光滑表面垂直接触，开始接触后根部向后成一定弧形运动，弧形的弯曲程度将影响最大粘附力的值，可通过上述相同的实验测试进行标定，得到粘附材料的粘附特性，以方便工程运用，同时粘附运动的方式可反方向进行，即可向前粘附也可向后粘附。如图3-3所示，全弧形粘附脚趾脱附时按照图中所示顺序及其脱附运动轨迹，在初期可将脚趾根部斜向上和向前成一定角度接触脱附，开始脱附后根部向前成一定弧形运动，弧形的弯曲程度将影响最大脱附力的值，可通过上述相同的实验测试进行标定，得到粘附材料的粘附特性，以方便工程运用。该全弧形粘附脚趾的粘附原理与上述平板状粘附脚趾的粘附原理相同，具体的测试性能也可按照上述提供方法，寻求满足工程需要的运动轨迹。 

Claims (8)

1.一种机器人仿壁虎粘附脚趾，其特征在于：

脚趾整体呈平板状；

脚趾包括柔性材料脚趾基底(c)、嵌于柔性材料脚趾基底(c)的粘性材料层(a)，且上述粘性材料层(a)的下底面与柔性材料脚趾基底(c)下底面高度一致；

在柔性材料脚趾基底(c)上面还设有弹簧层(b)，弹簧层(b)前端后端分别与柔性材料脚趾基底(c)前端后端固定；

上述柔性材料脚趾基底(c)在趾尖部位和趾跟部位无粘性材料。

2.根据权利要求1所述的机器人仿壁虎粘附脚趾，其特征在于上述弹簧层(b)为一根弯曲180度的弹簧；且弹簧弯曲后两端部合并后通过末端固定装置(d)与柔性材料脚趾基底(c)固定。

3.根据权利要求1所述的机器人仿壁虎粘附脚趾的运动方法，其特征在于：

(1)、驱动脚趾根部实现X和Y方向的运动；

(2)、脚趾粘附过程，包括以下步骤：

脚趾与粘附光滑表面成一定角度，使趾尖先与光滑表面接触；

开始接触后，趾根向光滑表面运动，且趾根运动过程沿一个向趾尖方向凸出的弧形运动轨迹进行，此方式在脚趾中间靠脚趾根部附近提供主要的粘附力；

上述弧形轨迹的弯曲程度影响最大粘附力，粘附材料的粘附特性根据实验测试得到，根据工程运用需要选择能够提供较大粘附力的运动轨迹；

(3)、脚趾脱附过程，包括以下步骤：

在初期趾根斜向上和向前成一定角度，使趾根先脱附；

开始脱附后，趾根向前成一定弧形轨迹运动使整个脚趾逐步脱附；

上述弧形轨迹的弯曲程度影响最大脱附力，粘附材料的粘附特性根据实验测试得到，根据工程运用需要选择能够提供较小脱附力的运动轨迹。 

4.一种机器人仿壁虎粘附脚趾，其特征在于：

脚趾整体呈半弧形；

脚趾包括柔性材料脚趾基底(c)、嵌于柔性材料脚趾基底(c)的粘性材料层(a)，且上述粘性材料层(a)的下底面与柔性材料脚趾基底(c)下底面高度一致；

在柔性材料脚趾基底(c)上面还设有弹簧层(b)，弹簧层(b)前端后端分别与柔性材料脚趾基底(c)前端后端固定；

上述嵌有粘性材料层(a)的柔性材料脚趾基底(c)前后长度大于上述弹簧层(b)前后长度；柔性材料脚趾基底(c)呈拱形位于弹簧层(b)上；

上述柔性材料脚趾基底(c)在趾尖部位和趾跟部位无粘性材料。

5.根据权利要求4所述的机器人仿壁虎粘附脚趾，其特征在于上述弹簧层(b)为一根弯曲180度的弹簧；且弹簧弯曲后两端部合并后通过末端固定装置(d)与柔性材料脚趾基底(c)固定。

6.根据权利要求4所述的机器人仿壁虎粘附脚趾的运动方法，其特征在于：

(1)、驱动脚趾根部实现X和Y方向的运动；

(2)、脚趾粘附包括以下三种方式，根据实际所需粘附力大小选择相应方式：

(2-1)、脚趾与粘附光滑表面呈平行状开始接触，开始接触后趾根向光滑表面运动，此方式在脚趾中间部分提供主要的粘附力；

(2-2)、脚趾与粘附光滑表面呈成一定角度开始接触，使脚趾前端先接触，开始接触后趾根向光滑表面运动，此方式在脚趾中后端提供主要的粘附力；

(2-3)、在方式(2-1)或方式(2-2)的情形下，再使脚趾趾根向光滑表面运动时有一往返运动过程，此方式在脚趾前、中、后端都提供粘附力；

(3)、脚趾脱附包括以下过程：

在初期趾根斜向上和向前成一定角度，使趾根先脱附；

开始脱附后，趾根向前成一定弧形轨迹运动使整个脚趾逐步脱附；

上述弧形轨迹的弯曲程度影响最大脱附力，粘附材料的粘附特性根据实验测试得到，根据工程运用需要选择能够提供较小脱附力的运动轨迹。 

7.一种机器人仿壁虎粘附脚趾，其特征在于：

脚趾整体呈弯曲180度的拱形立体结构，且拱形结构由内向外依次为弹簧层(b)、柔性材料脚趾基底(c)，且柔性材料脚趾基底(c)与弹簧层(b)通过末端固定装置(d)在粘附脚趾趾跟部位固定；

上述柔性材料脚趾基底(c)外侧还嵌有粘性材料层(a)；且上述粘性材料层(a)的外表面与柔性材料脚趾基底(c)外表面在同一曲面上；

上述柔性材料脚趾基底(c)在趾尖部位和趾跟部位无粘性材料。

8.根据权利要求7所述的机器人仿壁虎粘附脚趾的运动方法，其特征在于：

(1)、驱动脚趾根部实现X和Y方向的运动；

(2)、脚趾粘附包括以下两种方式，根据实际所需选择相应方式：

(2-1)、脚趾与粘附光滑表面呈垂直状，使脚趾趾尖无粘附材料部位与光滑表面先接触，开始接触后趾根斜向后向光滑表面运动，此方式在脚趾底部与光滑表面粘附，总的粘附力方向向后；

(2-2)、脚趾与粘附光滑表面呈垂直状，使脚趾趾尖无粘附材料部位与光滑表面先接触，开始接触后趾根斜向前向光滑表面运动，此方式在脚趾顶部与光滑表面粘附，总的粘附力方向向前；

(3)、脚趾脱附过程包括以下两种方式，根据实际所需选择相应方式：：

(3-1)、若脚趾粘附过程采用方式(2-1)，则在初期趾根斜向上和向前成一定角度，使趾根先脱附；脚趾开始脱附后，趾根向前成一定弧形轨迹运动使整个脚趾逐步脱附，总的脱附力向前；

(3-2)、若脚趾粘附过程采用方式(2-2)，则在初期趾根斜向上和向后成一定角度，使趾根先脱附；脚趾开始脱附后，趾根向后成一定弧形轨迹运动使整个脚趾逐步脱附，总的脱附力向前；

上述弧形轨迹的弯曲程度影响最大脱附力，粘附材料的粘附特性根据实验测试得到，根据工程运用需要选择能够提供较小脱附力的运动轨迹。 

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