中文摘要：

研制具有特种功能的新型机器人是开辟和拓展机器人应用的前瞻性工作。面向农业、林业和建筑业等领域的高空作业，研究一种能攀爬杆、桁架和树等对象并具有操作功能的机器人是一个新颖和重要的发展方向。本项目以一种双手爪(夹持器)式首尾可互置的具有攀爬和操作功能的新型仿生机器人为对象，对其基础性和关键性的三个方面展开研究 1)在夹持力的封闭性要求和机器人攀爬运动造成的动态负载情况下，基座手爪的夹持可靠性分析；2)在运动学和动力学约束条件下,机器人在自由空间中(爬杆和爬树干)的攀爬步态规划和最优运动控制；3)机器人在桁架中和树上穿梭攀爬时的全身灵巧无碰撞运动研究，即多体系统在具有高度复杂障碍约束下三维环境中的无碰撞运动规划和控制的理论和方法。本项目的研究可望在开拓机器人的应用领域(包括农林建筑，甚至军事)等方面取得较大进展，并对机器人和其它多体系统在复杂约束条件下的运动学和动力学的发展起积极作用。

结论摘要：

研制具有特种功能的新型机器人是开辟和拓展机器人应用的前瞻性工作。面向农业、林业和建筑业等领域的高空作业，研究能攀爬杆件、桁架和树木或墙壁等对象并具有操作功能的机器人是一个新颖和重要的发展方向。本项目以双手爪(夹持器)和双足（吸盘）式首尾互置、双端对称的具有攀爬和操作功能的新型仿生机器人为对象，按计划、按时间，从系统开发、基础理论和实验验证等方面进行了系统而深入的研究，取得了丰硕的成果，圆满甚至超额完成了预期的任务和目标。 在系统开发方面，采用模块化和仿生设计方法，研制了两种多型号的机器人关节模块和末端功能模块，并用这些模块构建了双手爪式攀爬机器人Climbot和MiniBibot，双足式爬壁机器人W-Climbot，并衍生出六自由度双足主动步行机器人Bibot-U6、双轮驱动移动机器人和操作臂等多个机器人系统。在基础理论方面，对仿生攀爬机器人的多种攀爬步态、抓夹可靠性和安全性、最优攀爬运动规划、攀爬桁架的全局路径和无碰撞运动规划等几个基础性和关键性的问题开展了研究，并扩展到机器人攀爬时夹持器的自主感知和抓夹。针对衍生的多种机器人系统，研究了爬壁机器人负压吸附力和可靠性、越障能力和壁面过渡、吸附模块相对位姿的检测与控制、六自由度双足主动步行机器人的步态分析与规划、动态稳定性分析和判断、轮距轮向和车体形状可调的双轮驱动移动机器人的非完整运动规划。另外，根据系统构建的特点，本课题还对机器人模块化设计的相关问题进行了分析和研究。为了验证上述新型机器人系统和所提出的相关理论和算法，本课题进行了一系列实验，包括多种攀爬实验、应用示范和表演实验。 本课题取得了一批成果，包括发表了近二十篇SCI/EI文章(另有九篇文章在评审或投稿中)、获得了四项国际学术奖励、申请了十多项专利、开发了近十台机器人系统、培养了十多名博士生和硕士生。 本项目在新型机器人系统研究和开发、在开拓机器人的应用领域等方面取得较大进展，已处于仿生攀爬机器人研究和开发的国际前沿，所提出的双手爪式攀爬机器人构型越来越多地被其它国际研究机构采用，在某种程度上引领了仿生攀爬机器人的发展。所作的夹持力和吸附力分析具有普遍性，所提出最优运动规划方法具有一般性的意义，可用于工业机器人的运动规划和控制中，所提出全局灵巧攀爬无碰撞运动规划方法对其它攀爬系统的运动规划亦具有重要的参考价值和指导意义。