斯 坦 福 大 学Desbiens 等［34-37］提 出了一种 用于固定翼无人机的仿生脚，脚上配备一排微型脊椎针刺，通过针刺与墙壁的凹凸进行啮合使无人机栖息到壁面上，结构如图25 所示［34-37］，同时还能通过控制仿生脚上的脊椎针刺收放来实现无人机在壁面上的爬行。佛罗里达州立大学工程学院Dickson 等［38］基于固定翼无人机开发出一种仿生针刺机构，结构如图26 所示［38］，无人机通过该机构可在壁面栖息与爬行，且为双足攀爬小型、简化机构设计提供指导。舍布鲁克大学Mehanovic 等［39-40］设计了一款可自动栖息并从垂直表面起飞的固定翼无人机，吸附在粗糙墙壁上的主要是微型针刺机构，结构如图27 所示［39-40］，试验结果表明该无人机能可靠地在粗糙壁面栖息并起飞。
图25 斯坦福大学仿生脚［34-37］
Fig.25 Bird-inspired perching landing gear of Stanford University［34-37］
图26 佛罗里达州立大学工程学院仿生针刺机构［38］
Fig.26 Bionic dart perching mechanism of Florida State University College of Engineering［38］
图27 舍布鲁克大学机械抓扣机构［39-40］
Fig.27 Mechanical grasping mechanism of University of Sherbrooke［39-40］
斯坦福大学仿生学和灵巧操作试验室Pope等［41-42］设计了一款可飞行、在壁面栖息、爬行、再次起飞的四旋翼无人机，结构如图28 所示［41-42］，该无人机具备从爬行失败中恢复及通过应用空气动力增加可用立足点密度的能力。伦敦帝国学院Zhang 等［43］提出了一种带有可发射张力锚机构的多旋翼无人机，结构如图29 所示［43］，张力锚通过锚定在壁面上使无人机栖息，试验结果验证了该设计的有效性以及在大风环境下的稳定能力。伦敦帝国理工学院空中机器人试验室Nguyen 等［44］提出了一种被动自适应栖息机构，可使无人机稳定地附着在包括树枝和管道在内的各种表面上，结构如图30 所示［44］，结果表明该机构能提供可靠的牵引力和非常高的负载能力并能正常释放。加州理工学院喷气推进试验室Backus 等［45］设计了一款带有微棘爪的多旋翼无人机，结构如图31 所示［45］，该机构可使无人机在粗糙的倾斜或垂直表面栖息，且在自重100 g 的情况下可抓取超过10 N 的载荷。
图28 斯坦福大学仿生学和灵巧操作试验室仿生脚［41-42］
Fig.28 Bionic feet of Department of Mechanical Engineering，Stanford University ［41-42］
图29 伦敦帝国学院仿生针刺机构［43］
Fig.29 Bionic dart perching mechanism of Imperial College London［43］
图30 伦敦帝国学院空中机器人试验室机械抓扣机构［44］
Fig.30 Mechanical grasping mechanism of Aerial Robotics Laboratory，Imperial College London［44］
图31 加州理工学院喷气推进试验室机械抓扣机构［45］
Fig.31 Mechanical grasping mechanism of Jet Propulsion Laboratory，California Institute of Technology［45］
2. 4 负压吸盘式栖息机构
负压吸盘式栖息利用吸盘和栖息物体之间产生的负压吸附力，使无人机栖息到目标物体。南京理工大学计算机科学与技术系Liu 等［46］提出了一种用于飞行和吸附栖息无人机的阻抗控制方法，试验结果表明该控制方法搭配设计的吸盘结构能使无人机实现与壁面的平稳吸附接触和栖息，结构如图32 所示［46］。特温特大学Wopereis 等［47］设计了一种基于被动真空杯技术吸收空中撞击的机构，结构如图33 所示［47］，试验结果表明无人机可借助该机构在环境中实现稳定栖息、解除栖息和可靠起飞。日本高级科学技术研究所信息科学学院Huang 等［48］提出了一种可使无人机栖息在任务形状表面上的机构，如图34 所示［48］，该机构由2 个旋转臂和4 个真空吸盘组成，且其设计目标是重量轻、模块化、可扩展、自平衡，因此可装配到多种无人机上。
图32 南京理工大学计算机科学与技术系负压吸盘［46］
Fig.32 Vacuum cup of Department of Computer Science and Technology，Nanjing University of Science and Technology［46］
图33 特温特大学负压吸盘［47］
Fig.33 Vacuum cup of University of Twente［47］
图34 日本高级科学技术研究所信息科学学院负压吸盘［48］
Fig.34 Vacuum cup of School of Information Science，Japan Advanced Institute of Science and Technology［48］
上海交通大学机械与工程学院Liu 等［49-50］提出了一种用于空中抓取和栖息的内外双硬度真空杯设计［49-50］，结构如图35 所示，试验结果表明内外双硬度真空杯吸盘设计要优于传统吸盘，且在抓取和栖息时所需的接触压力显著降低。东京工业大学系统与控制工程系Tsukagoshi 等［51］提出了一种新的混合式吸盘结构，利用粘性粘胶的粘附力和负压吸力来使无人机栖息，结构如图36 所示［51］，试验表明带有该机构的无人机可栖息到混凝土墙和天花板上并解除栖息复飞。
图35 上海交通大学机械与工程学院负压吸盘［49-50］
Fig.35 Vacuum cup of School of Mechanical and Engineering，Shanghai Jiao Tong University ［49-50］
图36 东京工业大学系统与控制工程系负压吸盘［51］
Fig.36 Vacuum cup of Department of Systems and Control Engineering，Tokyo Institute of Technology［51］
2. 5 螺旋桨式栖息机构
螺旋桨式栖息主要是指带有爬壁轮的多旋翼无人机栖息，该类无人机通过旋翼产生的吸附力来吸附到各种壁面上，再通过其搭配的爬壁轮进 行壁面爬 行。Mathmood 等［52］综 述了螺旋 桨式爬壁机器人暨爬壁无人机的相关原理、特点和发展趋势，指出爬壁无人机受壁面性质影响较小，可在许多类型的垂直平面吸附栖息爬行，如光滑、粗糙和铁磁性或非光滑表面。北京航空航天大学机械工程与自动化学院机器人研究所Ding 等［53-54］介绍了一种能爬墙和用臂操作的无人机，无人机通过2 个腿轮机构来实现轮爬壁和腿爬壁2 种模式，结构如图37 所示［53-54］。韩国科学技术研究院Shin 等［55］提出了一种可用于建筑结构监测的爬壁无人机，通过无人机在壁面爬行来对建筑进行监测，试验验证了该无人机可在壁面爬行及空中飞行，结构如图38 所示［55］。韩国科学技术院土木与环境工程系Myeong 等［56-57］设计了一种带有栖息机构的爬壁无人机，结构如图39所示［56-57］，该无人机可通过姿态变化和栖息机构在目标物体上栖息、爬行。
图37 北京航空航天大学机械工程与自动化学院机器人研究所爬壁无人机［53-54］
Fig.37 Wall-climbing robot of School of Mechanical Engineering and Automation，Beihang University ［53-54］
图38 韩国科学技术研究院Shin 等爬壁无人机［55］
Fig.38 Wall-climbing robot of Shin， et al. of Korea Advanced Institute of Science and Technology（KAIST）［55］
图39 韩国科学技术院土木与环境工程系爬壁无人机［56-57］
Fig.39 Wall-climbing robot of Department of Civil and Environmental Engineering，KAIST［56-57］
日本富士通有限公司Yamada 等［58］介绍了一种可用于桥梁检测的爬壁无人机，该无人机带有1 个圆柱形笼子和2 个围绕笼子自由旋转的无辐条轮子，结构如图40 所示［58］，该无人机可检查人难以进入桥梁表面的地方。日本国立理工学院Iwamoto 等［59］设计了一种可用来检测隧道的爬壁无人机，该无人机配备了一套橡胶履带可使无人机在壁面爬行，结构如图41 所示［59］。韩国科学技术院Jung 等［60］提出了一种可用于风力发电机桨叶检测的爬壁无人机，无人机借助4 个轮子可在桨叶表面粘贴吸附和爬行，结构如图42［60］所示。
图40 日本富士通有限公司爬壁无人机［58］
Fig.40 Wall-climbing robot of Fujitsu Limited［58］
图41 日本国立理工学院爬壁无人机［59］
Fig.41 Wall-climbing robot of National Institute of Technology，Ariake College［59］
