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水黾是一种体型小、运动速度快、机动性好的水生昆虫，依靠表面张力在水面上停留，以划桨的方式在水面上滑行并且不刺破水面。水黾在水面上运动的灵活性、高效率和对环境扰动小的特点引起机器人研究者的浓厚兴趣，仿水黾机器人在军事侦察、环境监测、管道检测等方面有着广阔的应用前景。然而仿水黾机器人的承载力、运动速度在很大程度上限制了它的实际应用。针对这一现状，本文在生物原型水黾的静态和运动特性研究基础上，开展张力型仿水黾机器人和浮力型仿水黾机器人特性的理论和实验研究工作，主要研究内容如下：
1．考虑水黾依靠表面张力在水面上停留的特性，利用扫描电镜拍摄水黾身体表面特征，研究水黾腿的超疏水特性；考虑水黾在水面上的快速滑行和跳跃的活动机能，利用高速摄像机拍摄水黾的运动录像，通过解析软件进行分析，研究水黾的平直滑行运动、侧直滑行运动、拐弯滑行运动和跳跃运动时的水黾各腿与身体轴线夹角变化、水黾重心与体轴变化、水黾中腿划水轨迹等，为仿水黾机器人设计提供依据。
2．在研究水黾的水面停留特性和滑行运动特性基础上，开展利用表面张力在水面停留的张力型仿水黾机器人研究。建立机器人椭圆形支撑腿压水的水面形状方程和支撑腿在水中的受力计算表达式，分析支撑腿材料的接触角和支撑腿的尺寸参数变化对支撑腿承载力的影响；以理论分析为依据确定机器人支撑腿的尺寸、选择实现仿水黾轨迹的划水腿驱动机构方案，制作一款张力型仿水黾机器人并进行运动学分析；制作具有超疏水特性的仿生机器人支撑腿和经过不同表面处理后的具有不同疏水性的支撑腿，通过实验分析机器人腿的疏水性变化对机器人承载力的影响。
3．考虑仿水黾机器人的负载能力，开展利用浮力在水面停留的浮力型仿水黾机器人研究。研究机器人在水面行走时水与机器人之间的相互作用力，根据流体力学理论建立支撑腿和划水板的阻力计算表达式，分析表达式中影响机器人水面运动速度的参数，利用FLUENT软件分析变化参数后的几种支撑腿和划水板阻力特性，进行支撑腿和划水板的形状优化设计，以降低机器人运动阻力、提高机器人推进力，并在实验室环境下进行腿部形状改变的机器人样机水面运动速度实验。
4．浮力型仿水黾机器人采用电磁铁驱动，建立该机器人的电磁铁驱动系统数学模型并进行静态吸力特性和动态特性仿真分析，建立一个仿水黾机器人运动特性仿真平台，研究机器人驱动特性和结构参数改变对机器人运动特性的影响，同时进行了实验研究。
本文对生物原型水黾的运动特性研究能为仿水黾机器人的设计提供依据，仿水黾机器人特性的研究对提高机器人承载力和速度有指导意义。