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双足爬壁机器人拥有串联式机器人关节主体和交替运动的吸附末端,在壁面环境中具有优越的运动性能,是将来代替工人自主完成壁面作业任务的重要角色。路径规划不仅可为双足爬壁机器人自主作业过程提供运动决策,更能在机器人控制过程提供有效目标信息。有效且优化的运动路径不仅是机器人安全完成任务的前提,还能提高机器人作业过程的效率。目前双足爬壁机器人在壁面环境中的路径规划还缺乏完善的研究方法和理论,本文以双足爬壁机器人为对象,对其在空间壁面环境中的无碰运动路径提出有效的规划方法框架并对规划方法作深入研究。主要研究内容包括:(1)研究了双足爬壁机器人在壁面间过渡的机器人位形特点,借助图形学的思想对机器人的可达工作空间和壁面作结构化的数学模型表达,以此提出一种基于几何相交测试的壁面可过渡性的快速判断方法,并进一步根据可过渡性拓扑地图用图搜索求解机器人运动的全局壁面序列。建立路径最短的过渡落足点求解的优化数学模型,通以此优选全局壁面序列,得到最优全局路径。通过仿真验证了壁面可过渡性分析和过渡落足点优化求解方法的良好性能。(2)分析机器人克服壁面障碍物的运动能力,以此建立分类准则对壁面障碍物进行分类,并结合障碍物权重用连续路径规划方法求解双足爬壁机器人壁面运动的引导路径。结合引导路径和运动能力提出壁面有效落足点集合的生成方法,并建立了最优落足点搜索策略,有效求解双足爬壁机器人在壁面的无碰落足点序列。仿真结果验证了引导路径和落足点搜索求解理论的正确性和算法的高效性。(3)根据双足交替吸附的运动方式分析双足爬壁机器人的运动学规律,提出了基于安全吸附要求的辅助路径点生成方法和借鉴人工势场法的斥力势函数构造方法。通过上述方法在关节空间规划机器人每一步运动的关节角变化过程,最终得到机器人从起始位形到目标位形的无碰运动路径。仿真结果表明了双足爬壁机器人单步运动路径规划方法的有效性。(4)以双足爬壁机器人安全可靠的壁面吸附运动为基础,开发其吸附末端控制系统,通过多传感信息融合和多控制策略结合的方法提高控制系统的有效性,机器人的壁面吸附实验验证了该控制系统能有效完成吸附末端的壁面对准和壁面吸附任务。结合规划框架的三层规划算法,在仿真空间壁面环境中求解双足爬壁机器人从起点到目标点的无碰攀爬路径,仿真结果验证了本文规划框架和方法的有效性。