随着社会的发展,工业、军事和民用工程对垂直壁面作业的需求越来越多,特别是对垂直管道的探伤、军事上的垂直界面的反恐侦查、国际边境地形的陡峭攀爬任务和城市玻璃幕墙的清洁作业方面等。与此同时,探究垂直壁面的爬壁机器人对于提高垂直界面的工作效率、可靠性和安全方面具有重要的意义。决定爬壁机器人最重要的是其附着能力,传统的爬壁机器人采用一系列的措施实现附着壁面,比如负压吸附、磁吸附和静电吸附等,但是往往会出现可靠性差、能耗高和体积大等缺陷。因此,在大自然中探究动物的附着机理,基于动物的附着特性探究一系列的粘附材料和爬壁机器人具有重要的意义。并且随着工业对爬壁机器人的要求提高,面对多种接触壁面的需求越来越多,研制面对多种壁面的爬壁机器人也具有重要的意义。本文主要探究了壁虎和天牛的干性附着特性,研制了相关的附着部件,进一步的制备了可适应于光滑和粗糙的平面或者曲面的爬壁机器人。首先根据壁虎脚趾的微观结构探究了其附着特性,并制备了相关的粘附材料,探究了粘附材料的力学性能。接着通过对天牛脚趾微观附着结构的观察,建立了分叉勾刺与粗糙壁面的附着机理模型,并且制备了仿天牛勾刺爬壁机器人脚掌。基于仿天牛勾刺的研究,设计了仿天牛爬壁机器人,并进行了运动学和动力学的研究。最后利用机器人爬行的实验验证了此类爬壁机器人的面对垂直壁面爬行的可行性。进一步的,为拓展爬壁机器人的应用范围,基于仿壁虎刚毛阵列与仿天牛勾刺的研究,制备了仿天牛、壁虎爬壁机器人,此爬壁机器人为包含一套新型齿轮系统的四足爬壁机器人,爬壁机器人的脚掌借鉴了壁虎和天牛的附着特性。并进行了运动学、动力学以及实验研究。最后,为了更广泛的适用范围,借鉴仿壁虎和天牛的附着机理,引入固定铰链,设计了一款新型的可适应于光滑和粗糙的平面或者曲面的爬壁机器人,此机器人可以在光滑和粗糙壁的平面或者曲面爬行。并且进行了机器人运动学、相关的动力学以及爬壁机器人实验的研究,确定了此类爬壁机器人的可行性。本文主要研究相关成果和创新点如下:1.基于壁虎的微观结构的观察,探究了壁虎脚趾刚毛阵列的附着特性,并制备了多种尺寸的粘附材料,并且探究了粘附材料的力学性能。制备的仿壁虎脚趾刚毛阵列粘附材料为后续的爬壁机器人在光滑垂直的壁面爬行。2.基于天牛微观结构的观察,建立了仿生双勾刺与粗糙壁面的力学模型,探究了勾刺与粗糙壁面的力学关系。进一步的探究了勾刺角、载荷角和摩擦系数对爬壁机器人爬行的影响,并且制备了相关仿天牛勾刺爬壁机器人脚掌。为爬壁机器人附着于粗糙壁面提供了 一定的基础。3.设计了新型的仿天牛爬壁机器人,此爬壁机器人含有一双攀爬手臂,攀爬手臂固连在一套齿轮-齿条传动系统,齿轮-齿条的往复运动实现了此类机器人的攀爬。然后建立了仿天牛爬壁机器人的系统动力学模型,并且进行了参数影响分析以及相关的实验验证4.设计了新型的仿壁虎与天牛爬壁机器人,此爬壁机器人借鉴了壁虎与天牛的附着特性,并且此机器人具有一套稳定的齿轮传动动力传输装置,动力传输装置控制着四足可以稳定爬行。此类齿轮传动机构一方面可以辅助爬壁机器人实现直线行走,另一方面可以使机体可以承受在机器人手掌附着的时候机体重力,并且增强了机器人的稳定性。5.设计了仿壁虎与天牛可适应多接触面爬壁机器人,此四足爬壁机器人可适应可适应于光滑和粗糙的平面或者曲面,此类四足爬壁机器人精简了部件的设计,可以实现在光滑和粗糙的平面或者曲面垂直爬行,其具有更广泛的应用。