汽车设计中的仿生设计研究

文中简要论述了仿生设计方法,指出汽车造型设计运用这一方法的理论依据,并列举部分典型事例加以论证,仿生设计方法对于发展工业设计,发展山西的经济具有重要的作用。     

文化仿生在汽车造型设计中的应用研究

文化仿生有助于从物质和精神两方面探讨传统文化在汽车造型设计中的延续问题。通过对文化仿生理念的背景、内容和研究现状的论述,分析了基于文化仿生的汽车造型设计模式,提出了文化仿生应用于汽车造型设计的3种设计方法。最后,以概念车设计为例进行了文化仿生的应用分析。     

新型仿生猎豹机器人的机构设计与功能仿真

设计了一款新型仿生猎豹机器人的机械运动结构,该结构设计采用汽油机提供原动力,通过液压系统驱动各个关节运动。并运用D-H齐次坐标变换矩阵建立其腿部关节的运动学方程。Pro/E软件建立猎豹机器人的三维模型。基于ADAMS虚拟样机技术对该仿生猎豹机器人进行了腿部关节的优化仿真设计,以及平面路面行走,奔跑跳跃障碍能力的仿真分析。仿真结果表明该仿生猎豹机器人机构设计合理,运动稳定可靠,具有直线、转弯行走能力和奔跑跳跃障碍能力好的特点。     

随动尾翼技术在调控汽车升力方面的研究

针对轻量化后汽车高速行驶时过大的升力影响汽车的动力性、行驶安全性和操作稳定性等问题,对随动尾翼在汽车高速行驶时控制汽车产生升力的能力方面进行了研究,对多种翼型的随动尾翼控制汽车升力的能力进行了归纳,提出了一种前后对称翼型,利用Fluent对前后对称翼型随动尾翼与汽车进行了联合空气动力仿真,分析了不同尾翼迎角下前后对称翼型随动尾翼调控汽车升力大小和方向的能力。研究结果表明:在不同的汽车重量时,前后对称随动尾翼可以通过调整尾翼迎角控制汽车高速行驶时产生升力的大小和方向,不仅能增加汽车重量来增加高速行驶时汽车的动力性、行驶安全性和操作稳定性,也能减小汽车的重量来达到减少燃油消耗量、增加燃油效率、节能减排的目的。     

基于BP神经网络的共享汽车仿生设计特征分析

通过仿生设计,可使共享汽车用户的心理感受获得提升。运用BP神经网络分析车身造型特征的感性评价数据,有助于找到合理的仿生设计方向。通过前期调研,选定26款被租赁率较高的共享车型作为样本,提取造型特征,构建3层神经网络模型。以不同的隐藏层神经元数对模型进行训练并分析误差,确定适宜的隐藏层神经元数、学习速率、误差范围。研究发现:BP神经网络可用于分析共享汽车造型特征的仿生设计水平,并据此获得各造型特征的仿生得分与代表性样本;基于代表性样本的特征进行创意设计,可为共享汽车的仿生设计提供依据。     

仿生关节机构运动分析

建立了基于渐开线环形齿球齿轮的仿生关节机构的运动学模型。分析了关节结构特点,定义了坐标系以及与偏转运动密切相关的三个参数,归纳得到了偏转轴方位,推导出关节的变换矩阵,利用方向余弦法分析得到了机构的运动学方程,并用Matlab和SolidEdge仿真验证了结论的正确性。     

新型仿生膝关节的机构设计与仿真研究

通过对假肢膝关节系统的功能原理分析,提出了多种新型假肢膝关节结构方案,拟定了结构方案比较与选择的基本要求与准则,完成了结构设计与技术设计;结合运动仿真分析,确定了膝关节在主动屈曲时回转摆动缸的摆动范围,分析了下蹲过程中的机构力矩变化规律。设计与仿真的结果对于连骨式假肢膝关节设计、双足步行机器人开发有参考价值。     

无人机折叠尾翼机构性能分析及改进设计

为检验无人机折叠尾翼机构的性能,分别基于拉格朗日方程和有限元方法建立尾翼展开机构的运动微分方程和有限元数值仿真模型,两种方法求解得到的尾翼展开运动规律吻合较好.在此基础上,分析得出折叠尾翼原设计方案的展开时间满足设计要求,但冲击载荷超过了设计指标.最后从功能关系出发,改进了展开机构驱动转矩的加载方法,改进后的方案满足了设计要求.     

一种新型的仿生步行机构及其运动仿真

模仿动物运动的不对称性,利用两个行星轮系串联设计了一种新型的仿生步行机构,它由一级转臂、二级转臂、跨步杆和步行支架等构成,其中一级转臂和二级转臂分别是所在行星轮系的行星架,同时它们又是齿轮箱体。通过机构干涉分析,给出了机构不发生干涉的条件。在COSMOS Motion软件环境下,对该仿生步行机构进行了运动仿真,给出了机构各关节的运动轨迹曲线,并分析了该仿生步行机构的车身起伏度。仿真结果表明,该仿生步行机构车身起伏度小,满足探测车的机动性要求。     

一种新型仿生介入微机器人的研究

基于腹足动物运动机理,介绍了一种新型动脉内仿生介入微机器人.该机器人前、后两个舱体在同一时刻所受环境管壁的摩擦力有很大差异,随着直线步进电机的伸张与收缩实现机体的前进与后退.用ADAMS对机器人运动进行仿真,证明该机器人驱动机理是可行性的,实验分析了该机器人运行速度和直线步进电机伸缩速度之间的关系.     

ANSYS对导弹尾翼的建模和强度分析

利用功能强大的大型有限元分析软件对某导弹尾翼进行了实体建模和强度分析,具有很高的存贮和计算效率,与实验结果进行比较,说明所用方法是切实可行和有效的.     

机器人多指手可变腕掌设计

目前,对于大小、形状各异的物体,机器人多指手的抓取规划和控制问题尚未得到完善的解决。总结现有各类机器人手掌,发现一些新型手掌结构可以提高机器人多指手的灵巧性和工作空间,且结构和控制相对简单。基于此,分析了章鱼腕的运动机理,提出了广义腕掌结构,可构型出任意大小和形状的多边形,并依此结构设计了一种12自由度的仿生机器人四指手。为了简化结构和控制,设计了一种5自由度的新型手掌结构,命名为可变腕掌。对于不同大小和形状的物体,可变腕掌能够自适应改变手掌构型,将手指变位到最佳的接触点位置,大幅提高了机器人多指手的灵巧度和工作空间。构型分析表明,对于大小、形状各异的物体,可变腕掌能够简单快速地实现自适应构型,既提高了机器人多指手的抓取质量,又降低了抓取规划和控制的难度。     

仿生机器蟹机构设计及结构参数优化

通过对原型生物体的结构简化 ,确定了仿生机器蟹步行机构的结构框架 ,引入了变向性、灵活性的概念 ,提出了以变向角、灵活度作为评价躯体灵活性的综合指标 ,在仿真环境下测试了仿生机器蟹结构参数对其变向性、灵活性的影响 ,并据此得到了优化的仿生机器蟹结构参数     

相似分析在结构仿生设计中的应用研究

指出了仿生相似分析内容和步骤,并对生物骨架与小型梁肋机翼结构进行了模糊相似评价,表明叶脉承力性能与小型梁肌机翼具有高的相似度;针对机翼结构设计要求,借鉴叶脉结构特征,设计了仿生型机翼结构.有限元分析表明,仿生型机翼具有更高的结构效能.     

风力发电机塔筒结构仿生设计分析

结合结构仿生设计理论,以棕榈树为仿生生物原型,对2MW风力发电机塔筒进行仿棕榈树维管束结构的仿生塔筒设计构想。采用有限元数值分析方法对仿生塔筒和原塔筒进行静态、稳定性研究。结果表明:仿生塔筒结构安全可靠性在塔筒许用应力范围内,仿生塔筒较原塔筒塔顶位移降低约3.78%,结构整体稳定性提高约3.61%,为塔筒的仿生设计提供一种新思路。     

仿生爬行机器人匀速步态规划及仿真

针对爬壁作业需求,设计了一种仿生爬行机器人,针对此机器人采用了结构研究、运动学分析的方法,针对其中机器人质心匀速的参数,规划了一种保持机体质心匀速运动的对角步态,并通过ADAMS仿真软件对该机器人进行了仿真分析,具体分析了机器人的质心位移、质心在前进方向的速度和加速度、机器人单腿扭矩以及单腿在前进方向的摩擦力,在该质心匀速的参数下,通过对仿真数据的分析,得到了模型结构设计的合理性和匀速步态规划的可行性。     

仿生四足机器人的结构与步态分析

介绍了仿生四足机器人的整机结构和单腿结构.在此基础上,对仿生四足机器人进行了运动学分析、直线行走步态分析与定点转弯步态分析,并进行了样机步态测试.     

水陆两栖仿生海龟机器人设计与分析

针对传统机器人在水陆工作环境下运动模式转换的适应性问题,以海龟的水陆行进方式为出发点,分析了水下扑翼动作、水下转向和沉浮动作以及上岸后水翼折叠动作的实现方式,提出了一种采用扑翼传动机构、可变形自锁水翼机构、后腿机构和重心调节机构来实现水陆行进的水陆两栖仿生海龟机器人设计方案。建立了扑翼传动机构运动模型和仿生机器人整体重心仿真模型,分析了仿生扑翼运动特性并计算了固定配重安装位置。对仿生水翼进行力学分析,表明机器人能够实现可靠的水下扑翼运动。对仿生机器人关键零部件进行了流固耦合力学仿真分析和方案优化。试制了仿生机器人样机并进行了试验测试,实现了仿生机器人的基本功能。     

仿生扑翼结构优化设计及动力学仿真分析

针对目前飞行器结构复杂、效率低下及动作单一等问题,设计一种新型仿生扑翼飞行机构,仅通过单驱动装置即可实现机构扑翼的扑动、折叠、扭转等运动。依据生物尺度率设计扑翼机构的结构尺寸并对机构参数进行优化;通过SolidWorks构建仿生三维模型并基于ANSYS Workbench对扑翼机构进行有限元分析,得到扑翼齿轮组、曲柄、主翼杆等主要部件的总形变、应力、等效应变及主、副翼动力学运动参数,为仿生样机研制提供理论支持。     

仿生尺蠖机器人的机构设计及仿真

通过研究多种爬杆机器人的机构特点和性能,并观察分析节肢动物尺蠖行进步态的变化规律,确定了采用两套复合曲柄滑块机构和两套夹紧机构,模拟尺蠖沿杆体向上蠕动爬行的机构运动方案。利用软件CATIA建立了仿生机器人的三维机构模型,并在软件MSC Sim Designer for CATIA V5中设置了仿生机器人各机构类型和参数等。采用step函数控制两套曲柄机构和锁紧机构的顺序运动,通过分析得到了尺蠖机器人的运动规律和动画,验证了机构方案的可行性。