鳍条运动模式对仿生波动鳍推进力影响的研究

仿生波动鳍的鳍条运动模式分为等幅和变幅两种类型,通过实验发现这2种鳍条运动模式下所产生的游动性能存在着较大的差异.为了揭示这种差异存在的内在缘由,建立基于鳍条这2种运动模式的仿生波动鳍运动学方程.利用计算流体动力学原理,比较不同运动学参数下2种运动模式鳍面压力分布情况,分别给出2种模式下波动鳍产生的无量纲阻力系数随时间的变化情况以及无量纲阻力系数时间平均值随频率、摆幅和波长的变化规律,给出鱼鳍模型中部沿鳍条方向切面的速度场和压力场.结果表明:2种模式下产生的推进力均随频率、摆幅和波长的增大而增加,但等幅摆动产生的推进力始终小于变幅摆动;2种模式下模型中部切面的速度场和压力场存在明显的差异,而尾迹二维涡量场结构和分布形态十分相似,说明影响2种模式游动效果的主要原因之一来自于沿鳍条方向的差异.结论进一步阐述了依赖鱼鳍波动推进的水生生物体高效游动的本质,也为研制高性能的仿鱼鳍波动推进装置提供了参考.     

仿鱼鳍推进水下机器人流体动力测试系统

以基于仿生柔性长鳍波动推进的水下机器人试验模型为背景,主要研究如何构建满足多种水下机器人试验模型在各种姿态下流体动力/力矩的静态与动态测量要求的测试系统.文章首先提出流体动力测试系统的功能需求与设计准则,并按照模块化设计思想设计其体系结构,重点研究了6分力测量原理、传感器阵列配置结构以及测试流程,最后对整个系统进行了误差源分析.论文研究的测试系统具有6分力测量、2自由度运动导向以及载体运动参数测量等功能,是支撑柔性长鳍波动推进水下机器人研究的重要试验平台.     

基于动态结构的仿生设计新进展

从静态到动态，从宏观到微观，动态结构的仿生不断从生物界获得灵感。重点介绍生物体动态结构的仿生在仿生推进、仿生减阻、仿生减振和仿生系统四方面的新进展，指出动态结构仿生的发展趋势，强调多学科协作和仿生理论研究的重要性。     

动态仿生设计手法初探

确定动态仿生设计的概念和范畴,通过分析现有的动态仿生产品,归纳出动态仿生设计的三类主要手法,包括外形结构变化式手法、传神意象式手法和移植现代、后现代艺术手法,并总结出这些手法的特点和应用方式,以期为动态仿生设计的研究起到抛砖引玉的作用.     

水下蛇形机器人的滑翔运动性能研究

结合水下滑翔机在海洋中的较强续航能力,以及蛇形机器人在水中的良好机动性能,研制了一种具有两者特性的新型水下滑翔蛇形机器人,它具有水下滑翔机续航时间长、航行距离远,以及水下蛇形机器人机动性强、运动灵活的运动特性。对该水下滑翔蛇形机器人的滑翔运动性能进行了试验研究。首先对水下滑翔蛇形机器人的运动原理及关节结构进行了设计分析,其次对机器人的硬件及控制系统进行了结构分析,而且根据动量定理和动量矩定理,对机器人的滑翔运动方程进行了推导,并化简到垂直平面。最后对平衡状态进行了仿真分析,对机器人的运动能力进行了试验验证。试验结果验证了水下滑翔蛇形机器人机构的有效性。     

仿生长鳍波动推进系统研制的分析

综述了模仿鳐科和裸背鳗科鱼类的高机动性的波动运动方式设计仿生长鳍波动推进(long-fin undulating propulsion)系统的研究,包括长鳍波动推进系统的推进机理、长鳍波动运动的运动学和动力学研究,以及仿生长鳍波动推进实验系统的研制.在此基础上,指出了今后研究的重点--鳐科和裸背鳗科鱼类游动的运动学、动力学分析;长鳍波动推进系统的机构设计与控制方法;长鳍波动推进系统的协调控制与导航方法.     

推进器系统激励下水下航行器结构中功率流分布特性及优化设计研究

以小型鱼雷式AUV作为研究对象,建立了参数化有限元分析模型,分别采用解析计算方法和nastran有限元分析获得输入功率流变化规律,验证有限元模型的可靠性。后处理得到AUV脊线上特征点在全频域范围内结构声强变化及AUV形体中功率流传播规律,结合PCL语言,得到AUV中功率流等值线分布,前后呼应展现了推进器系统激励下水下机器人中功率流传播特性。最后利用FEM优化平台结合振动功率流思想优化得到AUV壳体尺寸最优解,以蛛网图的形式对比了高低频处结构声强振动幅值与波动范围,印证了此优化思想。     

基于设计形态学的军事仿生机器人研究现状与进展

目的 对设计形态学在军事仿生机器人设计领域的研究现状进行梳理、归纳和分析,为设计服务于国防建设和军事装备提供思路和参考。方法 首先从设计形态学的内涵出发,结合仿生设计理论,详细解读设计形态学,如何能够通过融合多学科知识,来辅助新型军事仿生机器人研制;其次,根据军事仿生机器人作战域的不同,从陆地、水下和空中（间）军事仿生机器人3个方面展开,论述了国内外设计形态学助力军事仿生机器人发展的现状,归纳并阐述了不同类型军事仿生机器人设计的特点;最后,总结并分析了设计形态学在军事仿生机器人设计领域进行应用的发展趋势,对设计形态学助力军事装备的研究方法及研究重点进行了展望。结论 设计形态学是一种强调系统的理论体系,是融合仿生学方法的生物激励模式下的设计形态创新,能够有效地支持军事仿生机器人领域的融合创新。随着人工智能技术的不断发展,设计形态学在军事仿生机器人领域的应用将逐步向人机共融智能设计方向演化。     

整合结构的仿生设计

自从1981年Cyril Stanley Smith基于系统方法学提出材料的功能、性能、结构与制造整合链模型以来,面向机器和临床实践的仿生设计得到广泛研究．整合结构的概念来源于生物科学,它表示将不同的结构组合在一起而成为一种新型的结构．典型的整合结构有梯度结构、多孔结构、分形结构与复合结构等．由于自然材料结构的几十亿年的进化,病毒、细菌、植物与动物组织的自然结构与人造机械结构相比,具有明显的优越性．     

远场水下爆炸结构动态响应的数值模拟方法研究

远场水下爆炸载荷作用下结构动态响应的数值模拟方法的研究一直是国内外专家关注的热点。针对远场爆炸中冲击波传播的消散过程,将爆炸冲击波载荷直接加载于结构附近的水域面,基于DAA和Taylor板理论,提出简化的改进数值计算方法。采用有限元软件模拟水下爆炸的冲击波传播,通过与经验公式对比,表明只有当水域网格较小时,才能比较真实的模拟冲击波传播过程。最后通过文献中的实验验证了改进方法的准确性,该方法可有效的分析远场水下爆炸下结构的非线性动力高频响应。     

叉车造型的视觉动力分析及其意象仿生设计研究

目的 为了提升叉车外观造型,增强市场竞争力,满足用户的感性意象需求,需要通过意象仿生设计提升叉车的情感内涵.方法 通过视觉动力分析,综合考虑理性与感性视觉意象进行设计.首先采用语义差分法获得叉车的目标意象,建立意象与叉车动力式样之间的关联,并利用层次分析法得到叉车关键造型部位的权重排序;其次利用生物特征作为意象感知介质,渲染目标意象氛围.结论 将可识别的生物特征匹配设备的关键造型部位,形成的备选方案可满足用户意象需求,评价筛选后得到最优方案.该意象仿生设计流程期望能够对相关工程车辆造型设计提供借鉴.     

无缆水下机器人水声图象处理系统设计

水声图象处理系统是无缆水下机器人的重要智能系统，它以ＴＭＳ３２０Ｃ３０高速数字信号处理器为核心，实时地完成水声图象压缩和水声目标参数计算（包括妨碍航行的障碍识别）等功能，本文给出了该系统软件、硬件的设计以及水池实验结果。     

基于仿生结构的吸顶灯电商包装设计

目的 设计大型吸顶灯电商缓冲包装,改变家用吸顶灯电商包装防护能力不足以及结构形式单一的现状,提升消费者的购买体验和品牌价值。方法 使用瓦楞纸板替代EPE缓冲材料,构造“蜂窝正六边形”仿生缓冲结构,提出无盖式与罩盖式2种设计方案。结果 与原包装比较,2款瓦楞纸板缓冲包装的抗压强度分别提高了80.8%与111.2%,快速封拆结构赋予消费者一步操作即可取用产品的便利性,解决了原有包装材料的环境非友好性、用户体验差等问题。结论 2种方案均采用瓦楞纸板仿生缓冲结构设计,不仅提高了包装对灯具的保护性能,而且提升了包装开启的便利性,为大型易碎类商品的电商包装提供了可借鉴的解决方案。     

水下机器人测试及相关机构介绍

为探讨水下机器人在设计制造完成后开展相应测试、试验的现状,对水下机器人测试、试验方法的主要内容,国内水下机器人主要测试机构现状,国外水下机器人主要测试机构现状三方面进行了论述。水下机器人测试的主要内容包括整机总成测试、螺旋桨推进器测试、机械手性能测试等几块。通过介绍国内外水下机器人测试的主要机构,表明我国目前已有部分机构具备相应的测试能力,也有机构成立了专门的水下机器人测试中心。与国外水下机器人测试机构相比,除个别以外,国内的水下机器人测试系统一般较为大型,部分和船舶共用一套系统,而国外的测试系统更具有针对性,专业性也更高。整体来说,目前国内水下机器人测试系统基本都能满足相应的测试要求,并不断地向国际先进水平靠拢。     

车载自动码垛设备设计与动态性能分析

目的为中小型化肥厂的汽车运输设计一套自动码垛设备,并对设备工作的动态稳定性进行分析。方法应用拉格朗日运动学方程求出了大车机构和小车机构的驱动力,同时该驱动力也是提升臂产生激励振荡的激励力,运用结构动力学原理,得出了提升臂激励运动方程,并对影响方程中关键的设计参数进行了仿真分析。结果大车机构和小车机构完成一次动作的时间参数对设备动态稳定有较大影响;连接提升臂升降部件的直径d越小,设备运行动态稳定性越差;连接提升臂升降部件选用不同的钢材,对设备运行动态稳定性影响基本相同。