大壁虎在天花板表面的运动行为与动力学研究

壁虎天花板表面运动作用力的测定对揭示壁虎运动的力学规律、获得仿生机器人控制设计的灵感均具有重要意义．用三维力传感器阵列测定大壁虎天花板表面运动的三维作用力,结合高速摄像讨论壁虎在天花板表面运动中壁虎脚掌的作用力和预压力,并比较分析了前后腿的作用.结果表明壁虎在天花板表面运动的速度为0.17~0.48m/s,前后腿向身体中线方向收拢.脚掌在与天花板表面初始接触时间内产生冗余的预压力,以确保运动的安全,前腿的法向预压力大于后腿.前后腿的侧向作用力大小相当.前腿运动方向的作用力始终和运动方向相同,起主要推动作用;后腿运动方向的作用力始终和运动方向相反.前后腿的法向作用力分别占体重的73.4%和60.6%.运动中,运动方向的作用力明显大于侧向和法向的作用力,前腿主要起到推动作用,后腿则主要起稳定作用.上述结果表明壁虎在天花板表面运动中腿功能的变化,使得壁虎能够在极端条件下自由运动,并启发机器人结构设计、步态规划和控制规律的选择.