基于竹子微观结构的柱状结构仿生设计

随着机械产品低能耗、高速度等方面的要求,结构件的轻量化设计在实际工程应用中的需求日益增加,而这种需求在飞行器设计中尤为明显.竹子的结构是自然界中存在的比较典型的轻量化结构,在分析竹子优良的力学性能和其微观结构关系的基础上,提取决定竹子优良力学性能的特征结构,将竹子微观结构上的优势应用到实际的柱状结构设计中,并应用有限元手段对优化前后的结构作了分析计算,结果证明仿生结构在力学性能上比原型结构更合理.     

仿生机器人研究现状与发展趋势

仿生机器人是指依据仿生学原理,模仿生物结构、运动特性等设计的性能优越的机电系统,已逐渐在反恐防爆、太空探索、抢险救灾等不适合由人来承担任务的环境中凸显出良好的应用前景。按照工作环境可将仿生机器人分为陆面仿生机器人、空中仿生机器人以及水下仿生机器人三类。指出仿生机器人经历了原始探索、宏观仿形与运动仿生、机电系统与生物性能部分融合三个阶段,并概述三类仿生机器人国内外研究现状。分析发现当前研究还存在着生物运动机理研究不深,结构设计、材料应用、驱动及控制方式大多较为传统、能量利用率低等问题,导致了仿生机器人从宏观到微观与生物都存在较大差异,"形似而神不似",远未达到实际应用程度。指出仿生机器人正向着刚柔混合结构,仿生结构、材料、驱动一体化,神经元精细控制,高效的能量转换的类生命系统方向发展。     

猪笼草捕虫笼滑移区表面结构仿生加工研究

猪笼草捕虫笼表面具有着特殊的疏水性能,为广大学者在亲疏水性能研究方面提供了许多重要的启示,其表面仿生结构在微液检测、微流控、自清洁以及芯片散热等方面有着重要的应用前景。报告利用白光干涉仪对红瓶猪笼草捕虫笼滑移区表面形貌进行了检测,获取了新月体结构的特征尺寸,利用双光子聚合加工技术对其结构进行了仿生加工,通过分区域定位法实现了新月体结构的大面积阵列加工,并分别对滑移区表面组织以及其仿生新月体阵列结构进行了接触角测量,验证了微纳结构对液滴疏水性能的影响。此项工作为双光子聚合加工微纳结构应用于调控表面亲疏水性能的研究提供了参考。     

生物体承力结构的仿生设计研究概况

介绍了仿生设计的由来及发展过程,并对生物体承力结构从力学特征上进行了分类,综述了在机械工业、建筑行业上关于生物体承力结构的仿生设计研究概况、存在的问题和应用前景。     

仿生机器鱼自主游动中的流体结构耦合新方法

从揭示鱼类外形仿生和运动仿生中蕴含的仿生机理出发,提出一种机器鱼自主游动中的流体结构耦合新方法,该方法将流体变量和结构变量同步进行推进,并在每个迭代步内进行子迭代,因而提高了算法的稳定性。将鱼体游动介质分为流体介质、结构介质和相互作用的交界面介质,分别建立三种介质的动力学方程。采用隐式耦合方法,给定鱼体变形为输入,将鱼体运动转移到流体单元上,形成对周围流体的激励,通过求解流体动力学方程得到流体作用力,并将该作用力传递于鱼体,作为外力来驱动鱼体自主游动,从而实现流体和结构的交互过程,最后通过机器鱼的自主游动算例验证了方法的有效性。该方法可以评价不同外形和不同运动规律的机器鱼自主游动性能的优劣,进而为揭示仿生游动机理提供科学依据。     

基于电流变材料的智能结构研究进展与应用

电流变材料是功能是全面的智能材料之一,可由计算机进行控制,根据外部条件的变化快速地改变它的材料特性。文章综合评述了国内外对电流变材料性能及其电流变效应理论的研究,以及电流变材料在动力传动、阀控液压伺服驱动系统、机器人技术、振动控制和机械制造加工系统中应用的进展。     

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     

生物轻质高强结构及其在吸能结构中的仿生应用

在长期进化过程中,自然界中的多种动物、植物形成了独特的轻质、高强结构,以此来抵抗外界的复杂冲击载荷,保护自身完整,满足生存需要。生物轻质高强结构的优越性,启发了科研和工程人员采用结构仿生学的方法来对管状和板状两大类吸能结构进行设计优化和改进。对竹子、茎秆/树干、羽轴、骨骼四类管状生物结构和甲虫鞘翅、贝壳、柚子皮、龟壳四类板状生物结构进行综述,阐述了分层、多孔、螺旋、中空等多种结构与轻质高强特性之间的关系。在此基础上,对比和分析了相应的结构元素在单胞管、多胞管、嵌套管、波纹管等管状吸能结构和蜂窝夹芯板、复合材料板、混合结构板等板状吸能机构中起到的作用。进一步对当前仿生吸能领域存在的结构复杂、质量大、缺乏普适性的机理和过渡“桥梁”等问题做出了分析;最后对仿生吸能技术的形式简单化、结构轻量化、理论通用化、“形神兼备”化发展趋势做出展望。     

柔性仿生驱动器研究综述

随着软体机器人的快速发展,面向软体机器人的柔性仿生驱动器的研究成为研究的热点,对现有的相关理论成果进行分析和总结,对当前柔性仿生驱动器的关键技术进行分析,并对未来的发展趋势进行展望,以促进柔性仿生驱动器的研究进一步发展。首先,综述了柔性仿生驱动器类型,包括气动驱动器、形状记忆材料驱动器以及电活性聚合物驱动器等;其次,从仿生材料、本体机构设计和制造技术、运动学和动力学建模及驱动器的控制策略4个方面对柔性仿生驱动器存在的技术难点进行分析;最后对未来发展趋势进行构想。     

基于结构仿生的飞行器支架轻量化设计

基于结构仿生的原理,在分析典型分支结构的构型特点的基础上,设计了仿生型支架结构.有限元分析的结果表明,与原型结构相比,仿生型结构的质量减轻7.35％,最大应力和最大变形都明显减小.     

仿生学概念及其演变

仿生学是一门综合性边缘学科.在分析了仿生学概念演变的基础上,论述了仿生学的重要特征,指出了仿生学的研究方法和步骤,并对仿生学学科组成简要作了介绍.     

基于仿生学的切削工具研究

现代仿生学研究表明,许多动物经过长期的进化,其牙齿、爪趾和体表等部位逐步形成了优化的几何形状和优良的生物力学功能,使其在切削过程中能够获得最低的切削阻力及较高的使用寿命,这为切削工具的几何参数及力学性能的优化提供了仿生研究的基础。笔者综合介绍了基于动物牙齿、爪趾和体表的切削工具仿生研究现状,并在此基础上对该领域研究的发展趋势进行了展望。     

探析我国仿真人体模型中的仿生技术

仿真人体模型是研究人-机-环境系统相互关系的重要桥梁和工具。仿真人体模型的发展是仿生技术不断发展的体现。首先提出了仿真人体模型所扮演的角色和应用领域;并以高速运载工具仿真人体模型、辐照仿真人体模型和医学训练仿真人体模型为例,对我国仿真人体模型中的仿生技术的应用从几何形体仿生、材料仿生、结构功能仿生、物质能量传递仿生和生物信息传感仿生五个方面进行了分析与总结;最后指出了我国仿真人体模型的未来发展方向。     

Study on adaptability of a sea crab and its bionics mechanism model

Based on the observation of the biological structure and motions of sea crabs, the adaptability of sea crabs to the sea floor is discussed. The mechanism parameters of the walking systems of some crabs are measured. A bionics mechanism model is presented. Then, the inverse kinematics of the model is conducted. Finally, the influence of the mechanism parameters on the flexibility of the bionics model is discussed using spatial parallel mechanism theory.     

采用仿生学与TRIZ相结合的水泵能效优化装置的研究

从水泵传输系统节能角度出发,运用仿生学与发明问题解决理论(TRIZ)相结合的方法,设计出一种水泵能效优化装置.利用FLUENT软件对该能效优化装置进行计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)对比实验分析,找出了其内部流场参数速度、压力等的变化规律.实验证明该装置能减少水泵出口处...     

基于均匀能密度准则的SKO法在结构优化中的应用

拓扑优化方法在结构设计的概念设计阶段是一种非常重要的方法,近年来一直是结构优化设计研究领域中的前沿课题和热点问题.研究结构优化仿生设计方法SKO法的原理及方法,以ANSYS为平台实现SKO法的软件操作,提出基于均匀能密度准则的SKO法,并对汽车发动机内罩进行拓扑优化,通过比较优化前后的数据证明,提出的方法正确、有效.     

基于听觉仿生和压缩感知的助听器声源定位方法

在声源定位方面,由于麦克风阵列利于评估麦克风对间的声源定位参数,因此其性能比单麦克风优越.但是当麦克风对间距过小时,获得足够的定位参数信息变得非常困难.针对这个问题,在研究奥米亚棕蝇听觉系统定位机制的基础上,提出采用差分微麦克风信号构建包含声源信息的信号模型.同时为了减低计算量,采用多通道联合压缩感知(compressed sensing,CS)进行声源采样.根据构建的CS模型,采用自适应次梯度投影算法重构包含声源信息向量,通过评估重构信号的能量峰值获得声源位置.理论分析和仿真结果表明,该方法同其他声源定位算法相比,具有定位精度高、抗噪声鲁棒性强,计算量小等优点.     

仿生扑翼飞行器翅翼驱动方式的研究现状及展望

随着仿生扑翼飞行器的微型化，当扑翼飞行器达到昆虫置级的时候，任何复杂的运动系统都将面临难以实现的问题，翅翼的驱动方式也将面临新的挑战。本文从仿生飞行的历史与现状出发，论述了国内、外各类仿生扑翼飞行器翅翼驱动方式的研究状况。基于将昆翅视为柔性翅的观点，提出了仿生扑翼飞行器未来的研究前景翅翼在自适应变形状态下施以简单的节律运动将是仿生扑翼飞行器翅翼驱动方式的发展趋势之一。     

一种面向航天需求的仿生柔性机械臂的设计

针对航天器舱内环境的障避实际需求,基于自然界象鼻的内部肌肉结构分布特点,设计一种多冗余自由度仿生柔性机械臂。该机械臂由8个柔性关节组成,每个柔性关节具有3个自由度,相比传统机械臂,具有结构紧凑、刚度较高、运动灵活、操作空间广泛等特点。针对所提出的单个柔性关节与多个关节组成的仿生柔性机械臂进行运动学建模分析。利用制作的仿生柔性机械臂,进行航天避障任务试验,验证了该机械臂结构的可行性。