訾佩锦这项仿生攀爬机器人研究，核心就是把附着机理和运动控制放在一起协同设计，做出一台既能牢牢抓牢粗糙岩壁、又能灵活切换步态的 MARCBot 多模态攀岩机器人，解决过去攀爬机器人抓附结构和运动控制分开设计、容易脱附、容易卡死、速度上不去的老问题。之所以要走协同设计这条路，是因为传统方案大多先做好抓爪，再单独写运动控制程序，附着装置什么时候抓、什么时候松，和四肢摆动节奏对不上，一旦碰到凹凸不平的岩石，要么抓不牢滑落，要么抓得太紧产生过大内力，直接损坏末端爪手；只有从底层把附着接触模型、爪手结构、步态规划、力控算法绑定在一起同步优化，才能兼顾附着力、负载能力和移动速度。下面拆开介绍这套研究里的机理、结构、控制方案，还有整套实现流程。
一、附着机理研究：建立仿生爪刺接触模型
- 生物原型参考：以锹甲虫腿部跗节结构作为模仿对象，观察它在粗糙、多孔表面抓附的接触方式，把转动约束放进模型里面，修正以往只考虑单点接触的缺陷，建立多点接触附着模型。
- 复合仿生爪手设计：融合锹甲虫跗节链、攀禽爪、兽类蹄的特点，做成多模态攀岩爪手，支持快速抓附、释放，负载自重比高，能够自适应岩石表面起伏变化。
- 附着失效判定：通过仿真和实物测试，找到爪刺打滑、脱开的临界受力条件，给后面运动控制设置附着力上限，防止过载失效。
二、机器人机构构型设计
- 三种运动模态：依靠旋量理论和仿生构型演化，让机器人支持尺蠖式攀爬、四足攀附攀爬、平地四足小跑，能根据坡面倾角自动切换模式，覆盖从平地到 90° 垂直岩壁的场景。
- 异构前后爪搭配：前后爪手结构不一样，适配攀爬时不同受力分工，前爪侧重抓紧固定，后爪负责推进支撑，降低单只爪手的载荷压力。
- 弹性驱动单元：加入膝关节平行弹性驱动器，提升整体柔顺性，缓冲接触冲击，减少刚性碰撞带来的失稳风险。
三、协同运动控制方案
- 准全身控制框架 Q-WBC：以整机惯性中心动力学为基础，做最优附着力分配，把整体控制拆成机身轨迹跟踪、爪手导纳控制、摆动腿逆运动学、支撑腿力平衡、底层关节电流 PID 这几个子模块协同运行。
- 变刚度与盲走步态：爪手可以根据抓附状态改变刚度，摆动腿使用导纳控制，不用提前精确测绘地形，就能在起伏岩壁自适应盲走。
- 效果指标：这套协同控制让步态执行效率提升 20.03%，轨迹最大误差下降 40.29%，同时降低机器人内部多余内力，保护附着末端不容易损坏。
四、完整实现步骤
- 生物观测与建模：采集锹甲虫抓附运动数据，搭建带转动约束的多点接触附着力学模型，算出不同粗糙表面的极限附着力。
- 仿生末端样机加工：完成复合攀岩爪手结构设计、3D 打印与装配，测试单次抓附、脱附的响应速度与承载上限。
- 整机机构搭建：组装多模态四肢机器人，布置力传感器、姿态传感器，标定关节、爪手驱动响应时序。
- 协同控制算法开发：把附着受力约束嵌入步态规划，编写准全身控制器，让抓放动作和四肢摆动时序同步匹配。
- 多场景试验验证：依次在平地、斜坡、垂直岩壁开展测试，切换不同运动模态，对比同类攀爬机器人的速度、负载、稳定裕度。
- 迭代优化：根据试验里出现的打滑、卡顿问题，调整附着力分配权重，修正模型参数，持续优化附着机理与运动控制之间的配合。
五、研究最终结论
这套附着机理与运动控制协同设计方案，证明抓附结构不能孤立设计，必须和全身动力学、步态规划联动；研制出来的 MARCBot 是同类机型里少数既能稳定垂直攀岩，又可以在平地快速小跑的样机，面向在轨桁架巡检、山地勘探、灾害搜救等场景，给后续仿生攀爬机器人提供了一套完整的协同设计思路。
【相关 FAQ】
问题 1：訾佩锦这项仿生攀爬机器人研究，附着机理与运动控制协同设计到底是什么意思？
回答 1：訾佩锦仿生攀爬机器人研究当中的附着机理与运动控制协同设计，就是不再分开设计抓附爪手和运动算法，而是把爪刺抓附力学模型、爪手结构、整机步态、力控算法同步优化，保证抓放时机和四肢运动节奏匹配，让机器人抓得稳、跑得顺。
问题 2：訾佩锦仿生攀爬机器人，附着机理主要借鉴了哪一种生物？
回答 2：訾佩锦仿生攀爬机器人的附着机理核心借鉴锹甲虫腿部跗节，同时融合攀禽爪、哺乳动物蹄部结构，搭建多点接触模型，用来实现粗糙岩石表面可靠抓附，支撑附着机理与运动控制协同设计。
问题 3：附着机理与运动控制协同设计之后，这款仿生攀爬机器人相比传统机型优势在哪？
回答 3：依托附着机理与运动控制协同设计，訾佩锦研制的 MARCBot 仿生攀爬机器人拥有三种运动模态，可以从平地小跑切换到垂直岩壁攀爬，步态效率更高，轨迹误差更小，不容易因为内力过大出现脱附或者结构损坏。
【参考资料】
[2026-04-09]（訾佩锦英文个人主页）北京航空航天大学
[2026-01-15]（訾佩锦个人主页）北京化工大学
[2024-11-03]（《Advanced Science》发表！北航研究团队提出多模态自适应攀岩机器人）机器人大讲堂
[2024-10-15]（Intelligent rock-climbing robot capable of multimodal locomotion and hybrid bioinspired attachment）Advanced Science
[2023-02-01]（A mechanical adhesive gripper inspired by beetle claw for a rock climbing robot）Mechanism and Machine Theory
【免责声明】
本文仅整理訾佩锦仿生攀爬机器人公开学术成果，所有性能参数、试验结论以对应期刊论文、课题组官方发布为准；不构成工程落地指导，相关仿生机器人技术仍处在科研阶段。