随着科学技术的发展,对机械作业自动化程度的要求也随之提高。提高自动化程度除了需要智能化技术的支持,机械部分的工作能力也十分重要。高效稳定工作的机械臂是自动化机械的重要组成部分,机械手的抓取能力对机械臂的自动化作业意义重大。真空吸盘由于具有适用范围广、不会对货物造成损伤且对搬运材质无特定限制等优点,被广泛用作机械臂末端的机械手。现有真空吸盘表面多为光滑结构,这种结构虽易加工但对于表面不平整光滑的货物吸附能力较弱。大自然中许多生物为了适应生存环境,进化出了利用真空作用吸附的吸盘,其中一些生物吸盘对于传统吸盘无法吸附的粗糙表面,仍具有高性能的吸附作用。研究分析这些生物的吸附机理,对于提高吸盘吸附性能扩展使用范围具有重要的指导意义。华吸鳅是一种生活在山溪激流中的鱼类,为抵抗湍急的水流其常吸附于粗糙鹅卵石表面。经过进化,华吸鳅的腹部形成了一个可以在粗糙岩石表面稳定吸附的吸盘。本研究以华吸鳅为研究对象,观察分析其吸盘结构形态与吸附作用机理。利用扫描电子显微镜与体式显微镜对生物吸盘表面结构形态进行观察,观测到华吸鳅表面结构为多级毛状结构与凹槽结构。使用拉力测试仪对华吸鳅在光滑与粗糙表面的吸附能力进行测试,华吸鳅在粗糙表面仍具有良好的吸附性能。以粗糙表面的波普函数为数学工具对多级毛状结构在粗糙表面的密封机理进行量化计算。计算结果表明多级结构中的毛状体需要填充凹坑深度为9.7μm小于其长度50μm,因此多级毛状结构对粗糙表面具有良好的密封效果。通过分析凹槽结构对吸盘受力特性的影响,讨论凹槽结构对吸盘吸附性能的作用。由于华吸鳅吸盘的多级毛状结构为微观的嵌套多级柔性结构,仿制与工业生产的可行性较低,故以华吸鳅吸盘的凹槽结构为仿生元素进行仿生设计。选用生活中常用的直径25mm的PVC材料吸盘为参考吸盘设计吸盘基本尺寸,在吸盘内壁上设计加工均匀分布的矩形凹槽制作仿生吸盘。对比测试仿生与标准形态吸盘吸附力,相对于标准形态吸盘仿生吸盘吸附力可提高约10%左右。