自然界中的壁虎、独角仙等生物可以在非结构环境的三维空间表面自由行走，以壁虎、独角仙等生物的这种运动能力为模仿对象的机器人具有广阔的应用前景。相对于其它爬行机器人，履带式仿生干性粘附爬行机器人具有结构简单、运动稳定可靠等优点，因而成为了爬行机器人的重点研究方向之一。现有的履带式干性粘附爬行机器人普遍存在自重大、负重能力较弱、三维空间表面运动稳定性不强等局限性，亟需探索新的机器人设计与制造方法和理论，以突破粘附爬行机器人研制技术难点。本文深入分析了机器人的爬行运动力学机理，构建了仿生轻量化机构模型，提出了仿生轻量化机身设计方法，研制了一种新型的仿甲虫鞘翅的履带式干性粘附爬行机器人，并通过实验验证了机器人具有轻量化特征、较大负载能力及较高的运动稳定性，有效拓展了履带式仿生干性粘附爬行机器人的应用领域。　　 本文的主要内容包括:根据履带式干性粘附爬行机器人功能目标要求，如负重、翻转爬壁和灵活转向等，优化设计了三种机器人机构，并进行了机器人履带构型的改进设计和粘附材料的选型;构建了机器人的动力学模型，计算了机器人的负重能力，推导出机器人稳定爬行的必要条件;建立了机器人的仿生轻量化模型，完成了仿生轻量化机身设计与仿真验证;采用3D打印技术改进了粘弹性履带的制作工艺，研制出三种机器人原理样机，并进行了机器人的功能和力学特性测试实验。　　 全文在理论分析与技术实现方法上取得了较显著的突破，完成了新型仿甲虫鞘翅履带式干性粘附爬行机器人的研制，取得的主要创新如下:　　 1.利用粘弹性带剥离理论，分析了履带在机器人运动过程中的形变机制，构建了履带剥离力-预应变关系和机器人法向力分布优化模型，计算了机器人的理论最大负载及对应的履带预应变和尾巴预压力，明确了机器人稳定爬行的必要条件，提出了机器人的两种运动模式。　　 2.以独角仙鞘翅轻质高刚构形特征为仿生原型，提取仿生参数，建立仿生轻量化模型，设计了一种轻量化的仿生曲面机身。通过有限元模拟仿真分析，验证了同等刚度的仿生机身相对于普通机身质量减轻了36.73％。　　 3.依据机器人的稳定运动模型和仿生轻量化设计原理，研制了三台仿甲虫鞘翅轻量化爬壁机器人原理样机。测试实验结果显示机器人样机可以在0～360°壁面以任意角度爬行和转向，并具有多种典型角度之间的翻转能力（包括0°到90°以及90°到0°内侧过渡、90°到180°以及180°到90°内侧过渡、90°到0°外侧过渡等），机器人可以适应的壁面材质包括亚克力、纸张、木板、人造革等，天花板爬行时自重28.6g的机器人具有最大70g的负重能力。与国外的其它履带式干性粘附爬行机器人相比，具有体积小、质量轻、负载能力强等优点，大大增强了机器人对复杂环境的适应性。