Research progress in gecko locomotion and biomimetic gecko-robots

Geckos are known for their excellent ability to climb walls and run on ceilings. Previous studies of the gecko's locomotive and adhesive mechanisms, its neuro-sensory and neuro-modulatory systems, its fabrication of artificial setae array, and other related developments, have inspired further research on gecko-based and gecko-like robots. Key research findings in this area are reviewed in the present paper.     

Behavior and dynamics of gecko＇s locomotion： The effects of moving directions on a vertical surface

The study of the movement behavior of geckos on a vertical surface, including the measurement and recording of the reaction forces as they move in different directions, plays an important role in understanding the mechanics of the animals’ locomotion. This study provides inspiration for the design of a control system for a bionics robot. The three-dimensional reaction forces of vertical surface-climbing geckos (Gekko gecko) were measured using a three-dimensional force-sensors-array. The behavior of gecko as it moved on a vertical surface was recorded with a high speed camera at 215 fps and the function of each foot of a gecko are discussed in this paper. The results showed that the gecko increased its velocity of movement mainly by increasing the stride frequency in the upward, downward and leftward direction and that the speed had no significant relationship to the attachment and detachment times. The feet above the center-of-mass play a key role in supporting the body, driving locomotion and balancing overturning etc. The movement behavior and foot function of geckos change correspondingly for different conditions, which results in safe and effective free vertical locomotion. This research will be helpful in designing gecko-like robots including the selection of gait planning and its control.     

Research progress in gecko locomotion and biomimetic gecko-robots

Geckos are known for their excellent ability to climb walls and run on ceilings. Previous studies of the gecko’s locomotive and adhesive mechanisms, its neuro-sensory and neuro-modulatory systems, its fabrication of artificial setae array, and other related developments, have inspired further research on gecko-based and gecko-like robots. Key research findings in this area are reviewed in the present paper.     

基于波束形成的三维传声器阵列仿真

为研究基于传声器阵列的声源定位技术在户外环境下实现全方位、高效、便捷的声源信号定位,通过使用波束形成声源定位算法,在考虑传声器阵列的拓扑结构特性下,对各个三维阵列进行声源定位数值仿真。为验证不同阵列的传声器阵列定位效果,基于波束形成算法使用MATLAB对相同阵元数不同分布阵型的三维传声器阵列声源定位进行仿真。结果表明：相同阵元数不同分布阵型的三维传声器阵列定位声源点的定位精度存在不同的差异,且基于波束形成的三维旋排球阵列传声器阵列在全方位声源定位中结果精确度最高。可见设计传声器阵列时,应该要充分考虑到阵元个数、阵列孔径的大小及阵元间距对阵列声源定位的影响。     

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。     

广西典型膨胀土三向膨胀规律室内试验

采用自制的三向膨胀仪,以及与之相应的原状土取样器、重塑土制备器,以广西南宁、宁明4种典型膨胀土为研究对象,开展膨胀土三向膨胀率及膨胀力试验.试验结果表明:膨胀土三向吸水膨胀时程曲线分为快速、缓慢及趋于稳定3个阶段,并且3 h可完成膨胀的80%～90%;膨胀率及横向、竖向膨胀力存在明显差异,并随干密度增大而增大;在相同初始条件下,原状膨胀土与重塑膨胀土三向膨胀率存在明显差异,在相同初始水的质量分数条件下,竖向与横向膨胀力之比R₀随着干密度的增大而增大;试样吸水膨胀后水的质量分数均匀,试验方法可行,仪器测试数据可信.     

坐标测量机如何选用合适的测头探针

坐标测量机是一种精密的测量仪器,测量机的测头探针是其关键部件,测头探针精度的高低决定了坐标测量机的测量重复性。文章针对坐标测量机的测头探针方面的问题进行了探讨,并给出了选择测头探针的具体解决方案。     

基于柔性栅介电层场效应晶体管的压力与冲量传感器

力学传感器在工业生产、电子信息、医疗卫生等诸多领域发挥着重要作用。基于二维材料的场效应晶体管（2D-FET）传感器具有纳米级尺寸、低功耗和高响应精度等优势,是力学传感器应用领域的研究热点。然而,这些力学传感器很少具备对冲量的检测能力。冲量检测是对过程量的检测,表示力在一段时间内对受力体的累积作用。因此,我们利用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）作为栅极介电层,二维二硫化钼（2D-MoS2）作为沟道材料,设计并制备了柔性栅介电层场效应晶体管,用于压力与冲量的传感监测。系统地研究了该传感器对静态/动态荷载的响应作用,通过计算拟合获取了源漏电流信号（Ids）与冲量监测信号$( overrightarrow{I} )$之间的转换系数。该传感器工作能耗低至30 nW,响应度达到8000%,在空气中放置60 d无性能损失。此外,基于该传感器的传感阵列实现了对压力荷载的定量和定位监测。     

多坐标测量机用动态测头结构参数的理论分析

动态测头的各向异性是影响测头随机误差的主要因素,造成测头各向异性的原因主要是测头设计本身。本文通过建立测头空间力学方程,找到了减少测头各向异性的测头结构参数最佳设计的途径。     

仿壁虎粘附阵列与粗糙表面间粘附仿真分析

根据线性梁理论，针对仿壁虎粘附阵列与服从高斯分布的粗糙表面，分别建立了在动态粘附接触与动态脱离过程中二者相互作用力模型．基于合理的参数选择，讨论了该作用力与二者间的间距、预压力及夹角等因素的关系，并得到仿真结果．这一研究为仿壁虎纳米粘附阵列的设计提供理论参考．     

井下钻柱受力实测接头研究

为了进一步了解钻进过程中钻柱在井下的实际受力状况 ,研制了井下钻柱受力实测接头。介绍了该接头的数据采集与处理方法、测量的参数、总体结构和基本工作特性。用所研制的测力接头在胜利油田进行了井下实际测量 ,得到了各参数的实测曲线。对实测结果的初步分析表明 ,下钻过程中钻柱轴向加速度的最大值可达到 98m/s2 ,由动载荷引起的钻柱轴向力的附加值最大可达到悬重的 5 %。     

基于双线阵CCD的交汇测量模型及布站方式研究

针对靶场测量中立靶密集度参数的测量需求,基于交汇测量原理,对双线阵CCD交汇测量的模型进行了分析。详细推导了交汇测量时计算坐标的数学模型,并针对不同数学模型进行了讨论。由于双线阵CCD交汇测量模型不需要在有效定位范围内布置多个传感器,系统复杂程度和成本均与需要定位的面积无关,因此在大型定位系统中占有优势。     

基于DELMIA的机器人三维测量仿真

利用机器人实现工件的三维测量仿真对提高测量效率、降低测量成本、满足企业自动化生产的需求等具有重要意义．以某轿车车门为例,应用DELMIA软件实现了轿车车门的机器人三维测量的动态仿真．首先运用软件的“零件设计”工作台实现了机器人三维测量仿真系统中视觉传感器、车门、测量夹具等元素的建模;然后利用软件的“设备任务定义”工作台,建立了仿真系统的虚拟环境并完成机器人测量路径规划;最后应用软件的“设备任务定义”工作台实现了机器人三维测量的动态仿真．实验结果表明,所设计的机器人三维测量某轿车车门的仿真系统具有良好的仿真效果．     

线阵CCD交汇测量模型研究与应用

根据CCD交汇测量原理和实际设计需要，综合分析了交汇测量中一些关键技术与问题，并对交汇测量模型进行了理论分析和实验研究，对于测量运动物体瞬时空间位王有重要意义。     

基于虚拟仪器Labwindows/CVI的拉压式微力测试系统设计

致灾农业昆虫捕集滑板仿生研制过程中需要测试昆虫附着系统在材料表面产生的附着力、摩擦力、剪切力等,为满足对毫牛尺度微力的测试需求,研制了拉压式微力测试系统。该系统硬件部分包括测力传感器、配合测力传感器实现微力测试功能的机械机构、传感器输出信号调理模块与能够完成A/D转换的数据采集卡,基于虚拟仪器Labwindows/CVI编写了系统的数据处理与界面显示程序。调试运行结果表明设计的拉压式微力测试系统能够准确采集昆虫附着系统产生的毫牛尺度微力,并能在显示界面实时、直观地显示,以及能够实现昆虫微力轨迹图和数据组的保存。拉压式微力测试系统的测试精度可达0.1mN,测试量程范围最大为3.0N,完全能够满足致灾农业昆虫捕集滑板仿生研制过程中对毫牛尺度微力的测试需求。     

接触测量中测头半径误差的修正

以四点接触球轴承沟道轮廓测量为例，对接触测量中测头半径引入的系统误差进行了理论分析，给出修正误差的方法及微机处理数据的程序。     

整体式三维压电测力平台的研制

重点介绍了整体式三维压电测力平台结构优化设计与性能标定,该测力平台与国内外同类产品相比,最突出的特点是采用了整体式结构;只需２个三维压电石英力传感器;结构具有“推挽”特点,不但提高了灵敏度,而且具有温度自补偿功能,经过特殊的工艺处理,小力值测量的稳定性非常好,该测力平台的技术指标全面达到ＣＩＲＰ－ＳＴＣＣ规定的动态测力仪标准。