冲击荷载作用下WinMer地基上横观各向同性浅球壳的动力分析

对冲击荷载作用下Winlder地基上横观各向同性浅球壳的非线性动力响应进行研究.考虑壳的几何非线性,建立适合任意边界的Winkler地基上浅球壳受冲击荷载作用下的非线性运动微分方程;通过分析冲击荷载与浅球壳之间的弹性接触效应和利用正交配点法,研究冲击荷载作用下Winkler地基上壳体中点位移响应随Winkler地基刚度、撞击物的初始速度、撞击物接触点位置、壳体几何性质的变化规律.计算结果表明:随着撞击物体初速度增大,Winkler地基上浅球壳中点的位移响应随之变大,且浅球壳体几何性质的变化会引起壳中点位移的变化;撞击作用接触点位置亦对Winkler地基上浅球壳中点位移响应的影响很大.     

非光滑表面仿生学(Ⅰ)

介绍了生活在不同环境的动物,如鲨鱼、沙鱼、蜥蜴、甲虫和蜣螂体表的非光滑性.这些动物体表的沟槽型(肋条样)、鳞片型、凸包型和凹坑型形态和结构与其生活习性相适应.它们特异的微结构使非光滑表面具有优异的减阻、减摩、抗粘附和抗磨损的特性,因此成为仿生学研究和应用的一个新领域.     

黑色鳃金龟鞘翅微结构及其纳米力学性能

利用扫描电镜观测了黑色鳃金龟鞘翅的微结构,借助纳米压痕仪测试并分析了鞘翅材料的纳米力学性能.SEM表明:黑色鳃金龟鞘翅采用了由背壁层、中空芯层和腹壁层构成的中空夹芯层复合结构,在满足鞘翅强度的同时保证了鞘翅对轻质的要求;微观尺度下鞘翅表面呈现非光滑表面织构.纳米压痕试验测得鞘翅外表皮的硬度为0.48 GPa,弹性模量为8.81 GPa,鞘翅的比刚度和比模量分别为600 MPa.(g.cm-3)-1和1.1×104MPa.(g.cm-3)-1.鞘翅接触刚度为(2.28±0.16)×104N.m-1,表明鞘翅有很好的抵抗变形的能力.鞘翅纳米力学性能呈现各向异性,靠近鞘翅对接缝处最大,鞘翅外边缘区域最小,且由鞘翅头部至鞘翅尾部区域有逐渐减小的趋势.     

大壁虎脚趾运动和感觉的分区分级调控

近年来, 爬壁机器人是机器人领域研究和开发的一个热点课题. 大壁虎是研究爬墙机器人的理想模型. 在仿壁虎机器人的研制过程中, 脚掌(趾)的设计是关键技术之一. 采用高速摄像和电生理学方法, 观测了大壁虎前、后脚在不同界面爬行时不同的运动模式; 研究了5个脚趾的黏-脱附运动及其感觉信息传入的神经支配; 发现了5个脚趾运动和感觉功能的不同分区, 黏附和脱附行为及其感受传入的分级调控现象. 这些结果为当前仿壁虎机器人, 以及其他4足和多足机器人脚掌(趾)的结构和运动控制系统的设计提供重要的信息和理念.     

非光滑表面仿生学（I）

介绍了生活在不同环境的动物,如鲨鱼、沙鱼、蜥蜴、甲虫和蜣螂体表的非光滑性．这些动物体表的沟槽型（肋条样）、鳞片型、凸包型和凹坑型形态和结构与其生活习性相适应．它们特异的微结构使非光滑表面具有优异的减阻、减摩、抗粘附和抗磨损的特性,因此成为仿生学研究和应用的一个新领域。     

东方龙虱鞘翅微结构及力学性能研究

生物材料优化的几何拓扑和轻质高强的特点对航空航天结构和材料设计具有重要启示.用扫描电子显微镜、原子力显微镜和粗糙度仪观测东方龙虱鞘翅的表面形貌和截面微结构，结果表明其表面非常光滑，Ra0.725μm,与磨削加工表面相当；鞘翅上有规律的分布着微米级的凹陷；横截面可见交错的空腔和孔道结构，材料绕空腔或孔道成层状分布.用纳米压痕仪测试东方龙虱鞘翅的硬度和弹性模量分别为0.473GPa和8.16GPa，显著高于花金龟、巨锯秋甲、双叉犀金龟的值；鞘翅的机械性能有明显的分布特征，该结果为开展轻质结构的拓扑优化和复合材料设计提供了很好的启示.     

非连续约束变结构杆机构机器人: 运动与控制的若干仿生基础问题

在非连续约束变结构机器人运动机构的仿生概念及模型研究基础上, 系统分析这类机器人的机构学、冗余驱动下的运动协调、非连续接触引发的动力学、机器人脚及地面反力、爬壁杆机构机器人黏附性脚掌的设计及相关微制造和相关步态规划与控制策略的研究现状和存在的主要问题, 提出未来发展的建议.     

仿生四足机器人嵌入式控制系统设计与实验分析

仿生设计一款小型的单腿具有四自由度的仿生四足机器人,开展机器人运动学正逆解分析。基于ARM Cortex-M3内核的嵌入式芯片建立了机器人控制系统。该控制系统以半双工串口通讯方式向各个关节数字舵机发送步态数据包,控制舵机转动角度值,从而精确地控制四足机器人的稳定协调运动。实验结果表明:机器人在行走过程中机身的横滚角、俯仰角、偏航角(RPY角)变化较小,运动较为平稳,验证了机器人运动学正逆解准确性;以及所设计的嵌入式控制系统能较为精确地控制四足机器人运动,实现稳定的四足行走。该小型的嵌入式控制系统具有运算处理速度快、外设可扩展性和存储能力强的优点,满足仿生四足机器人智能算法、低功耗运动要求。     

虎纹捕鸟蛛运动反力测试

动物运动反力的测定将揭示动物运动过程的力学规律、启发仿生机器入控制设计．用三维力传感器测定虎纹捕鸟蛛水平运动时的三维运动反力,高速摄像分析虎纹捕鸟蛛各步足的功能．结果表明蜘蛛前足支撑相和摆动相不连续,运动方向受到的力始终和运动方向相反,起探测和辅助支撑作用．后足受到的力最大,方向始终和运动方向相同,起主要驱动作用．中间两对足受到的力在支撑相前段与运动方向相反,在支撑相后段与运动方向相同,但侧向力最大,对稳定运动贡献较大．运动中,法向反力显著大于侧向和运动方向的反力,各步足的支撑角变化不大,均在60°-70°间．上述结果表明了蜘蛛运动中各步足力学功能的差异,为启发机器人结构设计、步态规划和控制规律提供了仿生依据．     

大壁虎运动体态及其与步态相关性的实验研究

用高速摄像得到大壁虎地面、墙面（向上爬行和向下爬行）和天花板自由运动行为．以壁虎肢体上分布的特征标示点建立在体坐标系,研究了步态周期、占空比、身体弯曲位移和身体弯曲角等反映壁虎步态和体态的参数以及在上述4种运动状态下四肢与体态的协调关系．研究表明：大壁虎身体上任意一点在其爬行过程中均作复合运动;大壁虎的身体弯曲位移和弯曲角幅度因所在状态的不同而不同,天花板和墙面垂直向上的弯曲位移相近较另外两者大50％,且前两者的弯曲角幅度较另外两者的幅度分别大55％和40％;大壁虎的身体弯曲位移和弯曲角相位一致,极值出现在支撑相和摆动相过渡时间;大壁虎的身体弯曲位移和弯曲角成线性正比关系,与所在的状态没有关系,线性斜率与大壁虎所在状态以及身体长度有一定关系．上述结果为设计具有柔性躯干,更加灵活高效的仿壁虎机器人的体态和步态规划提供了生物学启示．