基于人眼特性的视频稳定方法

在分析人眼视觉稳像原理和特性的基础上,提出了一种基于特征块匹配的视频稳定算法。该算法采用均匀分布的方式确定特征块。根据视频图像抖动特性对运动矢量进行预测,确定运动搜索的起始点。采用大钻石与小钻石搜索模板结合的方式,在阈值和搜索空间的约束下完成特征块匹配。然后通过运动平滑选择有效的运动矢量。利用仿射变换矩阵对原始图像进行配准,得出稳定视频序列。实验表明,该算法有效地稳定了图像序列,并且满足快速性和实时性的要求。     

德国牧羊犬的关节角及其地反力

利用VICON MX三维动作捕捉系统测定了德国牧羊犬水平面小跑和行走时前后肢关节角度的变化,并结合KISTLER测力台对德国牧羊犬地反力进行了测定。实验结果表明:在水平面上,随着速度增大,前后肢关节角变化范围增大,前肢肩关节角及肘关节角变化范围分别由28.6°和57.3°增大到31.5°和65.2°,腕关节角变化范围则由128.2°减小到112.5°;后肢各关节角变化范围均有所增加。由地反力测定可知,犬前肢制动时间占整个前肢触地时间的(55.8±3.4)%,前肢推进时间占整个前肢触地时间的(44.2±3.4)%,后肢制动时间占整个后肢触地时间的(32.4±3.3)%,后肢推进时间占整个后肢触地时间的(67.6±3.3)%。本文还从运动学和动力学角度对德国牧羊犬关节角度及地反力变化机理进行了分析。     

金属基仿生减阻材料元素与性能量化分析

借助灰色关联度分析方法,建立了触土部件金属基仿生减阻材料构成元素与性能之间的灰色关系分析模型,通过仿生犁壁材料的试验数据计算了仿生犁壁材料构成元素C、Re、Mn等分别与仿生性能指标接触角、硬度、成本等之间的关联度。分析了仿生犁壁材料元素构成比例与各性能指标之间的量化关系,为地面仿生机械减阻材料的研究提供了又一种科学分析方法。     

蝴蝶翅膀表面非光滑鳞片对润湿性的影响

对8科34属48种蝴蝶翅膀表面的润湿性进行了定性、定量研究。用扫描电子显微镜对蝴蝶翅膀表面进行观察得到:鳞片长为55~150μm,宽为35~105μm,鳞片上突起的高为200~950 nm。用视频光学接触角测量仪对翅膀表面的静态接触角和滚动角进行测量得到:接触角为134.0°~159.2°,表明翅膀表面具有较强的疏水性;顺向滚动角均小于3°,逆向滚动角均大于65°,表明翅膀鳞片结构具有明显的各向异性。蝴蝶翅膀表面的润湿性是由鳞片微米和纳米结构协同作用的结果。     

典型植物叶片非光滑表面的纳米力学特性

利用纳米技术对几种典型植物叶片表面进行了纳米级硬度的测定。结果表明:不同质地、不同生存环境的植物叶表面形态、结构不同,从而使植物叶表面的硬度不同。其中革质鲜叶片(毛竹,紫丁香)表面硬度较大,蜡质叶片(水莲,美人蕉等)硬度较小;植物非光滑叶表形态中凸包处硬度较凹坑处的硬度大;同一叶片表层的硬度大于内层的硬度。本研究为工程仿生的表面耐磨涂层设计及其自然复合材料的选择提供有益参考。     

离心式水泵仿生非光滑增效的试验研究

基于仿生非光滑技术,通过改变离心式水泵中液体的流动结构降低固液界面的阻力,研究了水泵的增效问题。并设计了试验系统,采用L9(34)正交试验,以离心式水泵效率为试验指标,进行了离心式水泵的流量、扬程、电压和电流的测量。对比试验表明,在离心式水泵的有效工作流量范围内,某些仿生改形表面的模型具有十分明显的效果,效率提高最大为3.45%,最大增效率为6.81%。并优化出在两个流量段的主次因素和最优水平,为仿生非光滑技术在离心式水泵中应用的进一步研究提供了前期基础。     

植物表面非光滑形态与润湿性的关系

从工程角度出发,应用多项对比试验与典型分析相结合的方法,选取吉林省长春地区的部分植物,应用体视显微镜、扫描电镜和静滴接触角测量仪等进行了植物功能叶表面的非光滑形态及与水的表面润湿性和粘附性的试验研究。试验结果表明,植物表面具有的非光滑形态与表面润湿能力的强弱有极大的关系,非光滑单元体的形状和分布是影响植物表面憎水性强弱的决定性因素;规律分布凸包形非光滑单元体的植物表面的憎水性强,脱附效果好;规律密布表皮毛形非光滑单元体次之。上述结果为生物表面仿生工程和复合材料表面设计提供了借鉴。     

凹坑型仿生形态环块样件耐磨性能

利用试验优化设计技术,设计了9种环块样件表面凹坑形态的尺寸与分布,采用激光图形雕刻技术,在模型样件的表面加工形成了9种不同的微观凹坑型仿生形态;在相同的试验参数条件下,完成了光滑与凹坑型仿生形态环块样件的摩擦、磨损性能的对比试验;根据试验前后环块样件总体重量的测量结果,计算出了10种环块样件试验前后的磨损量、磨损率,进行了光滑环块样件与凹坑型仿生形态环块样件磨损量与磨损率的对比分析;利用正交试验设计,进行了凹坑型仿生形态环块样件磨损量与磨损率的极差分析。试验证明,在润滑状态下,具有凹坑型仿生形态的环块样件的耐磨性能均高于光滑样件;凹坑直径为100μm,凹坑横向间距为450μm,凹坑纵向间距为350μm时的耐磨效果最佳。     

蚯蚓体表与土壤接触界面动态行为仿真

应用离散元软件PFC2D建立了蚯蚓波纹体表与土壤界面动态行为仿真模型,对比分析了光滑和波纹试样的接触界面、接触力场和接触颗粒数以及滑动阻力,得出:当波纹表面的摩擦力与土壤颗粒对波纹凸起处的向后推力之和小于光滑表面的摩擦力时,波纹表面起到减阻作用;如果土壤颗粒对波纹表面凸起处的向后推力过大,波纹会起到增加阻力的作用。另外,试样运动时,波纹表面比光滑表面对土壤的扰动大。随着垂直载荷的增加,波纹表面和光滑表面的滑动阻力均增加,且波纹表面的降阻效果减弱;随着前进速度的增加,2种试样滑动阻力的增加,但波纹表面的滑动阻力的增长小于光滑表面,即速度高时波纹表面降阻明显。结果表明:蚯蚓非光滑表面的减阻能力与接触界面特性和外部条件有关。研究结果可为揭示非光滑表面的减阻机制提供研究方法和参考。     

仿生机器人研究进展及仿生机构研究

以自然界仿生对象为基础,介绍了国内外现有的5类仿生机器人——仿飞行生物机器人、仿陆地生物机器人、仿水下生物机器人、仿水陆两栖生物机器人及仿人机器人的研究现状及最新进展,详细阐述了每种仿生对象的特点,仿生机器人的基本结构、性能特征及应用前景.在分析仿生机器人机构特性的基础上,提出并阐述了仿生机器人仿生机构的冗余驱动原理、欠驱动仿生原理、变胞结构设计、运动稳定性设计、高承载自重比设计,以及新型仿生材料设计等重要研究内容.