1 爬壁机器人的结构和运动原理
1.1 爬壁机器人的结构
　　是微小爬壁机器人的外形结构示意图，该微小机器人采用电磁驱动技术，由前后挡板(1，3)、软磁(2)、驱动线圈(4)、前后脚(5，8)、永磁铁(6)、导轨(7)、微小电机(9)、小支架(10)、扭簧(111)、大支架(12)、转轴(13)等部分组成。其中，大支架与微小电机固定连接，小支架与扭簧固定连接，扭簧和大支架通过支架上的导向孔实现滑动连接，大支架与小支架之间通过转轴连接，微小电机的轴固定在小支架上，小支架固定在前挡板上，前脚固定在微小电机上，后脚和永磁固定在后挡板上，软磁固定在前挡板上，前后挡板之间通过两对滑动导轨连接。
　　利用通电软磁和永磁铁之间的相对运动来实现机器人的动作，即借助于由拉推式磁路组成的直线运动式磁力驱动器和门型坡莫合金软磁绕制的机器人脚线圈的相互配合，运用软磁和永磁之间“同极排斥、异极吸引”的原理，通过给线圈加一系列时序脉冲控制信号改变软磁的极或动作，达到模仿尺蠖的运动方式实现机器人爬壁的目的。
1.2 爬壁机器人的运动原理
　　是机器人直线行进原理图，设线圈未通电时为原始状态1，此时分别对机器人前脚(线圈1)、后脚(线圈2)和驱动器(线通以的控制时序信号。在t1～t2时间段，线圈1不通电，线圈2、3通正电平，机器人的前脚在软磁和永磁的相互作用下向前迈出一步，如图2状态2所示；在t2～t3时间段，线圈1通正电平，线圈2不通电，线圈3通负电平，机器人的后脚软磁和永磁的相互作用下向前跟上一步，完成机器人一个步态，如图2状态3、4所示。反复执行状态1～4，就可以实现机器人的连续直线运动。
　　是机器人转弯行进原理图，设线圈未通电时为原始状态1，此时分别对机器人前脚(线圈1)、后脚(线圈2)、驱动器(线和微小电机(线圈4)通以图5所示的控制时序信号。在t1～t2时间段，线圈1、3不通电，线圈2、4通正电平，机器人的前脚在微小电机的作用转过一个角度，如图4状态2所示。在t2～t3时间段，线圈1通正电平，线圈2、3、4不通电，在扭簧的作用下机器人本体转过与前脚转过的相同的一个角度，此时完成了机器人的转弯过程，到达预定的位置，如图4状态3所示。在t3时刻以后的时间段，机器人开始直线行进。
　　由于机械系统都存在响应滞后的缺点，在实际操作中线圈1、2和线圈3、4之间在时序上可以设计一段时间差，以使机器人的运动更加稳定。
3 驱动信号的产生
　　从机器人的运动原理可知，只要在线圈中连续通入图3、图5所示的控制信号，就能够实现机器人的各种运动状态，是产生这些驱动控制信号的系统框图。采用C或汇编语言在AT89C52中编成产生整个爬壁机器人需要的6路脉冲控制信号(其中微小电机和驱动器各2路)，其中4路信号与2片正反转驱动芯片LG9110相连，控制微小电机和驱动器，另外2路与2片SN75451／SN75452相连，控制机器人的前后脚。
4 实验测试
　　由于磁场分布复杂，不可能对整个驱动器的驱动力进行理论分析计算，为此设计了图7所示的测力计装置，实际测试爬壁机器人驱动器的垂直力为F1，驱动力为F2，主要由夹具3和5、三维微位移工作台1、2台高精度微力测量仪6和7等组成，测量时将软磁4和永磁2安装在测力计装置上，通过调节三维微位移工作台进行测量。如图8所示，设永磁和软磁的垂直距离为σ mm，水平位移为x mm。
　　是利用文献[5]中的测力装置和图7所示的测力装置对步行式机器人和本(爬行式)机器人静态垂直力F1与σ相互关系的测试曲线，图10是动态垂直力F1与σ相互关系的测试曲线，图11是动态驱动力F2与x相互关系的测试曲线，其中曲线1代表本爬壁机器人，曲线2代表步行式爬壁机器人。可以看出：该爬壁机器人动静态垂直力F1均趋近于0，其驱动力F2是步行式爬壁机器人的3倍以上。
　　是该爬壁机器人行进速度和驱动信号频率的关系测试曲线，其中曲线1代表本爬壁机器人的速度，曲线2代表步行式爬壁机器人的速度，曲线3表示本爬壁机器人的理论速度。图13是实验测试用的两台机器人，其中
是步行式爬壁机器人是爬行式爬壁机器人。以上所有测试结果均在如下条件下完成：
(1) 线圈匝数700匝；
(2) 控制信号电压5 V；
(3) σ=1 mm。