爬壁机器人是一种能够在陡峭斜面甚至倒置壁面上攀爬行走的特种移动机器人,它在建筑物表面维护、大型液油气罐表面检测、灾难搜救、星球探测等方面有广泛的应用前景,是目前机器人领域的一个研究热点。与一般地面运动机器人不同,爬壁机器人需要特殊的附着力系统。传统的爬壁机器人主要利用电磁吸附、真空吸附、静电黏附、轨道固定等方式实现对重力的克服,部分技术经过几十年的发展,有些已成熟,有少量商业化案例。然而,这类技术方法都有着各自的先天不足,限制了其应用范围。例如,电磁吸附在非铁磁性壁面上完全失效;负压吸附无法在粗糙度较大的表面上产生持续的吸附力,而在真空条件下则完全失去作用;静电吸附能耗高,目前技术成熟度还处于初级阶段;轨道固定技术需要爬壁机器人在预先铺设的轨道上工作,不能适用于非结构化环境。所有的传统爬壁机器人都存在效率低,能耗大,易产生噪声等缺陷。现实世界中的壁面环境大多粗糙多灰,有着不规则的起伏表面,如何在这些表面上完成作业任务是爬壁机器人面临的主要挑战之一。自然界中蜥蜴、甲虫等许多动物天生具有飞檐走壁的能力。研究发现,它们的攀爬行走能力来源于其足部的精巧钩爪结构。本文从仿生学角度出发,系统地研究仿生钩爪式四足爬壁机器人的原理、结构设计及样机实验。首先,观察了典型生物东方绢金龟足部微钩爪形态结构,建立了钩爪与粗糙壁面凸起的弹性接触模型,分析了粗糙壁面附着机理。在理论分析的基础上,基于生物构型的启发,设计了双锚点柔性钩爪足片及其阵列结构,研制出相关仿生抓附关键部件。以抓附关键部件为基本单元,设计了具有自主“抓-脱附”能力的盘式钩爪阵列足抓附机构,并开展相关抓附装置集成试验。最后,根据盘式钩爪阵列足装置的抓附特点以及壁虎等典型四足攀爬动物的结构特征设计了两代四足仿生爬壁机器人,并完成了样机的系统集成和性能测试。本文完成的主要研究成果和创新点如下:（1）基于昆虫足部微钩爪形态结构,建立了仿生钩爪结构柔性接触耦合模型,利用刚度矩阵法,有效分析了仿生钩爪附着特性,为柔性钩爪片的设计提供了理论指导。（2）基于刚度矩阵调制方法设计了单锚点钩爪单元,结合钩爪与壁面的接触机理分析,创新性地提出了一种基于单锚点钩爪单元构型的双锚点柔性钩爪片。该钩爪片增加了单位空间上承力点的密度。根据柔性钩爪片的结构特点设计了一体化制作工艺,实现了柔性钩爪片的批量制作。（3）根据柔性钩爪片在粗糙壁面上附着和脱附的运动特点,设计了基于切比雪夫连杆机构的“抓附-脱附”机构。在此基础上采用圆周布置方案,设计了具有三排柔性钩爪片阵列的盘式仿生钩爪足。该足采用单个舵机,通过一套锥齿轮传动结构,实现抓附力的三向自主加载及卸载,从而实现稳定的抓附及有效脱附。（4）以盘式钩爪足为附着装置,参考爬壁动物的躯体结构特征,设计了两代四足仿生爬壁机器人,并开展了样机集成试验。经过试验及迭代设计,第二代爬壁机器人成功实现倒置粗糙壁面的挂附和垂直粗糙壁面的稳定爬行,有效验证了关键仿生部件的可靠性。