高温复合载荷下钛合金微动疲劳特性的研究

实验研究了多个参数对钛合金与不锈钢摩擦副微动疲劳寿命和微动摩擦系数的影响,结果表明,较低的拉应力下,微动疲劳寿命显著降低,其最大降低其最大降低对应的接触应力,微动副具有最大的摩擦功耗,微动疲劳寿命随温度非线性：从室温－200℃,随温度增加而降低;随后反而增加,300－500℃持续降低,复合载荷下,低周幅值不变,增加高周荷的幅值,微动疲劳寿命随幅值比的增加而降低,最初,摩擦系数随循环参数增加,随后降低并趋于稳定,高温下由于形成润滑性氧化物而大幅度降低,微动幅度小于临界值时,摩擦系数随微动幅度的增加线性增加,然后保持常值,摩擦系数和正压力间的关系满足f＝2．691－0．409lnσN,从5－45 μm时,摩擦系数从0．2增加到0．8。     

仿壁虎微纳米刚毛阵列的研究进展

壁虎的超级黏附力源于分布于脚趾的数十万细长刚毛和接触面间的范德华力. 仿壁虎刚毛的研制是实现机器人三维无障碍运动的关键技术之一. 近年来, 许多国内外学者致力于研制仿壁虎脚掌刚毛结构的倾斜、末端分支、膨大的微纳米黏附阵列, 以得到高黏附性能、可自由调控吸附脱附的仿壁虎脚掌, 对已有文献进行总结、比较, 并展望其进一步的发展方向.     

虎纹捕鸟蛛水平面运动行为

动物运动行为的研究对运动学的分析以及仿生机器人的研制有着重要意义. 运用动物运动行为观测系统获取了虎纹捕鸟蛛(Ornithoctonus huwena)水平面直线运动的运动学信息,如步足的运动状态、质心的运动和步足各关节转动角度的变化等信息. 结果表明: 虎纹捕鸟蛛以一侧的步足1 和3 与对侧的步足2 和4 为一组运动相, 两组运动相在运动中相互交替运动相位. 运动速度的提高主要依靠于步频的提高来实现, 并且运动稳定性优于昆虫. 质心的速度和高度周期波动, 步足相位交替时质心的高度和速度均较高, 稳定运动状态下质心的高度和速度均较低. 步足4 偏向角的变化最小, 有利于对身体的驱动; 由于步足1 的探寻功能使得运动中其各关节转动角度的变化不定. 上述结果对仿生机器人的设计和步态规划有所启示.     

蝗虫脚掌微结构及其接触的有限元分析

用电子显微镜研究了蝗虫足掌的微结构，用非线性有限元方法分析足掌接触过程的变形规律、接触刚度及接触面积、气囊的作用和足掌的应力应变规律．结果表明，蝗虫足掌以软性外表皮包含血浆(液体)的结构形式，有利于降低接触刚度、增加接触面积，并使爪垫在接触过程便产生有利于稳定附着的摩擦力．软性外表皮内的树丛状杆组织结构会提高足掌在各种表面上的适应性，降低足掌内部的应力．     

墙面及天花板上大壁虎脚趾作用力测试和脚掌形态研究

用3维运动作用力测试系统测量大壁虎在墙面和天花板上稳定运动时的脚趾作用力,分析了脚趾力的变化与壁虎运动的关系;用高速摄像跟踪观察壁虎在稳定运动时脚趾行为,获得壁虎在墙面、天花板上运动时脚掌形态特征;揭示大壁虎在墙面及天花板上稳定粘附的形态学和接触力学规律.结果表明：在墙面和天花板接触表面内脚趾的面力与脚趾的夹角分别为12.6°和3.1°,垂直于接触表面的粘附力足以平衡重力引起的翻转矩或重力;壁虎第1和第5脚趾产生方向相反的力,在接触面内形成冗余结构,提高接触的可靠性和稳定性;墙面与天花板表面运动中脚趾作用力与运动表面的夹角近似相等（约20°）;壁虎在天花板运动时,脚趾作用力明显大于在墙面运动时的脚趾作用力;上述结果可以启发仿壁虎机器人脚掌的控制与设计。     

摩擦磨损的热力学研究：现状和展望

摩擦系统的复杂性和影响因素的多样性使摩擦学理论远落后于工业的需求．本文回顾并从统计热力学熵的角度讨论了摩擦的本质，分析了摩擦磨损研究的方法和摩擦体系热力学研究的现状．认为熵能够成为表述摩擦磨损过程演变的主参量，熵平衡方程可望作为摩擦学理论的基石．展望摩擦体系的非平衡态热力学在摩擦学相关领域的应用前景．     

大壁虎在垂直面和水平面上小跑和行走的关节角度观测

大壁虎优异的爬壁和运动协调能力为仿壁虎机器人的研制提供了很好的仿生模型. 用三维运动观测系统测定了大壁虎在水平面小跑(337.1 mm·s^-1)和行走(66.7 mm·s^-1)以及垂直面上小跑(241.5 mm·s^-1)和行走(30.6 mm·s^-1)时前后肢的关节角度变化. 在水平面上, 当运动速度增大时, 关节转动角速度增大, 前肢摆动角前摆的幅度几乎保持在59°不变, 而后摆幅度由72°增大到79.2°. 在垂直面上, 壁虎运动时前肢提升角始终大于零以使质心贴近运动平面, 随速度的增加前肢摆动角前摆的幅度由33.7°增大到36.7°, 而后摆的幅度几乎在87.5°不变. 无论在水平面还是在垂直面上运动, 步态的变化对后肢摆动角的范围影响不大.     

仿壁虎机器人足端三维力采集系统研究

在微重力环境下仿壁虎机器人在"着陆"到目标航天器表面时,将会受到较大的碰撞力,影响机器人稳定着陆粘附。针对以上问题,仿生设计了机器人的足端结构,在机器人足端装载三维力传感器;该力采集系统基于STM32和AD620芯片,设计了三维力采集系统硬件和软件;并对三维力传感器进行静态标定和解耦。实验开展了机器人脚掌的碰撞粘附力测试,达到了预期效果,能为实现微重力下仿壁虎机器人稳定粘附着陆,提供力反馈控制的硬件保障。