一种基于腹足动物运动机理的介入机器人

在对腹足动物运动机理研究的基础上,基于仿生学原理提出一种介入机器人设计方案.通过理论建模及实验手段对机器人仿生设计效果及运动性能进行研究.结果表明:对粘液功能的模拟方案正确;机器人正常运行速度由直线微马达伸缩速度决定,但过快的微马达运动方向变化会导致机器人运行效率的降低.     

基于动态混合网格的双鱼串列巡游数值模拟

观察研究发现,在鱼类的群游中,后鱼可以利用前鱼尾迹中有利的涡结构来增大自己的推力,减少功耗.本文利用作者以往发展的动态混合网格生成技术和相应的不可压缩流非定常计算方法,在单鱼巡游数值模拟的基础上,数值模拟了双鱼串列巡游的非定常流动,分析了摆动频率、摆动相位差以及流向间距对推力、功耗等流体动力学特性的影响.     

小翼羽掠角对机翼增升效果的影响

鸟类会通过抬起其翅膀前缘3至4根长度较短的羽毛（小翼羽）来抑制失速和增加升力,并根据不同飞行状态改变小翼羽与翅膀之间的掠角。为应对大迎角下的机翼失速问题,本文结合风洞测力和粒子图像测速实验研究了小翼羽掠角对机翼增升效果的影响。风洞测力实验结果表明,相比于无前掠的小翼羽,适当前掠的小翼羽对机翼的增升效果更好且不会增加机翼阻力。平面粒子图像测速和体视粒子图像测速实验表明,适当的前掠角能够增强小翼羽产生的前缘涡的强度,并扩大前缘涡增升的有效机翼迎角范围,最终导致适当前掠的小翼羽对机翼的增升效果更好。     

小型昆虫“合拢-打开”运动机制的增升机理数值研究

通过动态混合网格技术和基于虚拟压缩方法的不可压缩流非定常计算方法,对"合拢-打开"(clap-fling)机制下小型昆虫翼的周期性运动进行了数值模拟,并与单个翼拍动时的升力系数、流场结构进行了对比分析,同时对比研究了雷诺数对力学特性、流场结构的影响,探讨了"clap-fling"机制能够增强升力的流动机理.对比发现,"clap-fling"机制增升的关键在于合拢-打开过程中的三个升力峰值以及之后平动阶段的"不失速机制";且当雷诺数较小时,"clap-fling"机制增升效果最为明显.     

基于运动灵活性的蟑螂机器人机构参数优化

从仿生蟑螂机器人机构特点出发,基于运动灵活性,选择椭圆形身体布局,分别以单腿工作空间和整机雅克比矩阵的条件数倒数作为灵巧度指标,在兼顾运动灵活性和可靠性的基础上,对机器人机构参数进行优化配置,选择了最优的杆长比例.利用分析得出的优化尺寸建立ADAMS参数化仿真模型进行实验研究,仿真结果与理论分析相吻合,验证了优化配置的可行性和正确性,为样机的研制和机器人的驱动及控制等进一步研究奠定了基础,也为其他六足机器人的开发提供了参考.     

陆上杆机构运动仿生的现状、关键技术和未来发展

从运动仿生的生物学基础、仿生运动体的发展和存在问题、运动仿生的未来发展等几个方面回顾和评述运动仿生面临的问题和发展机遇。分析了四足动物运动的生物学机制和国内外现有仿生机器人发展现状及存在的问题,并预测先进环境感知技术、分布式驱动和智能驱动材料、杆机构机器人与智能控制技术和动物运动规律的研究将是未来运动仿生发展的方向。     

基于特征运动观测的蝴蝶前飞规律及样机验证

为了研究蝴蝶扑翼飞行的原理，研制低频扑翼的仿生器，通过蝴蝶飞行运动的生物学观测，提出蝴蝶的3种特征运动状态，分析扑翼运动、胸部俯仰运动及腹部摆动运动之间的相位关系，构建蝴蝶前飞运动学模型。基于“杆-膜”仿生翼的新工艺和定制的机载飞控系统，研制轻量化的仿生蝴蝶扑翼飞行器样机，研究蝴蝶样机的飞行控制策略。通过六维力传感器对样机做地面动力学测试，利用高速摄像机对样机飞行进行运动学跟踪，证明了基于特征运动状态的蝴蝶前飞规律和原理样机研制的有效性。     

基于多旋翼无人机的多连杆仿生起落架设计与仿真

传统的多旋翼无人机着陆架存在对着陆场地适应性差、智能化程度低的缺点，设计一种具备复杂地形自适应起降的着陆装置对多旋翼无人机的发展具有重要意义。本文设计了一种基于多连杆混联机构的仿生起落架，针对单腿的设计构型进行驱动力矩分析与机构优化，在此基础上完成结构设计，并以多旋翼无人机为对象，设计了一套四腿仿生起落架系统，针对四腿机构进行典型地形着陆仿真。结果表明，多连杆仿生起落架设计方法可应用于多旋翼无人机的起落架设计中，并实现多旋翼无人机在非结构地形的自适应着陆。     

仿生梯度圆环防护系统的耐撞性设计

受甲虫外骨骼角质层刚度分布的启发，提出了一种新型仿生刚度梯度圆环阵列防护结构，此结构具有出色的抗冲击性能、超强的刚度可编程性和形状可重构性，可拓展应用到多种尺寸比例和组装框架类型，以满足更多的实际工程抗冲击防护需求。基于数值仿真技术建立了冲击载荷作用下仿生刚度梯度圆环防护系统的有限元模型，结合实验分析和理论模型研究了应力波在仿生梯度圆环系统中的传播规律以及仿生梯度圆环系统的抗冲击力学行为和防护能力，发现凹形刚度梯度可以显著改善仿生圆环系统的防护性能。研究了圆环弹性模量、半径和厚度分布对仿生刚度梯度圆环系统防护特性的影响，获得对刚度梯度进行编程的最佳解决方案。