仿生设计在健身器设计中的应用

仿生设计在工业设计中有着深厚历史积淀和丰富的实践经验,同时又是最新鲜、最具活力的设计创新方法,是设计回归自然、最求人性化的具体可行的方法。健身器已经慢慢走进千家万户,消费者对其审美与功能的需求也日益增加。＂蜗牛＂健身器的设计创新点在于运用形态仿生,结合产品造型设计的基本法则和人机工程学原理,在形态方面提升了产品的亲和力,又在功能实现了低碳环保,是仿生学在产品设计实践中运用的一个范例。     

柑橘果园机器人仿生眼的目标跟踪与定位系统

针对传统柑橘园林机器人云台视野范围小、定位精度低等问题,在仿生眼平台上,提出一种基于连续自适应均值偏移(CAM shift)算法和变结构PID控制器相结合的目标跟踪方法。具体包括效仿人类眼颈的结构特点,设计一个4自由度的仿生眼视觉平台;建立仿生眼的成像模型,提出一种相机外参数自适应标定方法,以解决仿生眼平台外参数会随着相机位姿改变而不断变化的问题;提出基于CAM shift的仿生眼目标跟踪算法,成功实现了对于目标的持续跟踪;为提高仿生眼系统在饱和非线性特性下的动态响应性能,提出采用基于抗饱和(Anti-windup)的变结构自适应PID控制器来设计仿生眼控制系统。以柑橘为研究对象,在设计的仿生眼平台上开展试验。结果表明,本文方法左眼平均中心位置像素误差(CPE)为7.2,右眼CPE6.1,均小于设计所要求的CPE10,且每帧图像处理过程小于0.1s。系统能满足实际应用,具有较高的鲁棒性和准确性。     

汽车造型设计中的形态仿生研究

自汽车诞生之日起,仿生形态便开始有意无意地运用在车型的设计中。它以独特的代码解放着固有造型模式的设计形态,传递着整个设计的理念。文章通过对形态仿生的含义、分类及其在汽车造型中的应用分析,明确了仿生形态已成为指导汽车造型设计的一个重要手段,它不仅营造了人与物、人与自然、人与社会之间和谐共生的局面,也为设计找到了一种新的形式,极大地丰富了汽车的造型设计。     

A control structure for the autonomous locomotion on rough terrain with a hexapod robot

A motion control structure used for autonomous walking on uneven terrain with a hexapod biomimetic robot is proposed based on function-behavior-integration.In the gait planning level, a set of local rules operating between adjacent legs were put forward and the theory of finite state machine was employed to model them; further, a distributed network of local rules was constructed to adaptively adjust the fluctuation of inter-leg phase sequence.While in the leg-end trajectory planning level, combined polynomial curve was adopted to generate foot trajectory, which could realize real-time control of robot posture and accommodation to terrain conditions.In the simulation experiments, adaptive regulation of inter-leg phase sequence, omnidirectional locomotion and ground accommodation were realized, moreover, statically stable free gait was obtained simultaneously, which provided hexapod robot with the capability of walking on slightly irregular terrain reliably and expeditiously.     

一种多关节推进双体仿生机器鱼研究

针对单尾仿生机器鱼产生艏向摆动而使尾部推进效率大大降低的问题,提出全新的双体仿生机器鱼结构.运动过程中,机器鱼两条尾部所产生的大小相等、方向相反的横向作用力相互平衡,确保了机器鱼身体始终处于横向受力平衡的状态,从而在结构上解决了仿生机器鱼艏摇问题.运用Pro/Mechanism模块对所设计的双体仿生机器鱼进行尾部受力分析和动力学仿真,仿真和试验结果表明双体仿生机器鱼质心沿直线轨迹运动,验证了双体仿生机器鱼推进的高效性和可行性,双体仿生机器鱼的设计思想为解决机器鱼艏向摆动问题提供了新思路.     

摆动技术在跳远起跳过程中的作用研究

从运动学角度解析分析摆动动作在起跳过程中的作用,结果表明:摆动技术的摆臂、髋关节动作及摆腿的动作贯穿于起跳动作的全过程,并对运动成绩及完善起跳动作起着决定性的作用;摆动腿侧髋关节的前送及制动能联动产生惯性力,有助提高起跳效果;髋关节的训练尤其是屈髋肌群的训练不被重视,屈髋肌群力量较弱;双臂的摆动对维持身体平衡及增加摆动腿摆动速度都有重要的意义.     

酸性氨基酸调控碳酸钙仿生矿化过程研究

为控制CaCO3晶体颗粒粒径的变化,以酸性氨基酸为基质,采用CO2曝气法研究了CaCO3的仿生矿化过程,分析了天冬氨酸、谷氨酸对CaCO3矿化过程的影响和CaCO3晶体样品的结构和形貌。结果表明:水溶液中酸性氨基酸能够诱导CaCO3形成球霰石型晶体。在水溶液中天冬氨酸质量百分比浓度为4.0%、谷氨酸质量百分比浓度为5.0%时,CaCO3样品中球霰石含量达到最大值,分别约为60%和70%。随酸性氨基酸质量百分比浓度的增大,沉淀CaCO3形貌逐渐由规则方形体转变为球体,颗粒粒径有变小趋势。主要原因是在CaCO3矿化过程中,酸性氨基酸通过羧基离子的螯合作用,首先诱导Ca2+形成12配位体构象的晶核,然后通过阴离子取代反应形成球霰石型沉淀。     

木薯收获机挖掘铲仿生设计及其有限元分析

针对当前木薯收获机挖掘铲在收获过程中,铲太重和不容易入土和碎土的问题,模仿东方蝼蛄前足趾爪的形状,设计出了一种仿生挖掘铲。通过对东方蝼蛄前足趾爪外轮廓的提取及多项式拟合,利用Pro/E软件设计出仿生挖掘铲的三维模型,并导入到ANSYS Workbench软件中进行静强度有限元分析。通过对栅条铲及不同倾斜角的铲有限元分析结果对比,选择出倾斜角在25°～ 30°,铲齿为空心的仿生挖掘铲,其具有较好的质量、力学特性和寿命（此处有删除）,从而为挖掘铲的设计制造提供理论参考。     

角度风作用下输电塔塔腿子结构风荷载风洞试验

完成了不同风速下2个典型特高压直流（UHVDC）输电塔角钢及钢管塔腿模型的高频测力天平（HFFB）风洞试验,研究了塔腿在斜风作用下气动力系数、角度风系数以及风荷载分配系数的分布规律,并与各国规范计算值进行了对比分析。分别构造了角度风系数以及考虑横向升力影响的夹角α的非线性函数形式,并通过试验值拟合分析确定了相关的拟合参数。结果表明：阻力系数、合力系数以及角度风系数均呈M型分布。角钢塔腿气动力系数均大于对应风向角下钢管塔腿的气动力系数,而两者角度风系数总体比较接近。各国规范计算值整体上低估了塔腿的角度风系数。角钢塔腿中风荷载分配系数的计算应利用考虑横向升力的夹角α对角度风系数进行三角变换。提出的拟合公式可为工程设计提供参考。     

装载机铲斗的仿生设计及有限元分析

以装载机铲斗为研究对象,在对铲斗结构进行简化的基础上,借助田鼠爪趾弯曲轮廓形状的测定结果,设计了一种仿生装载机铲斗.通过有限元分析,研究了铲斗在铲装土壤的仿真过程中对土壤的扰动情况,即土壤单元在水平方向的位移和在垂直方向的位移,结果表明所设计的仿生装载机铲斗具有一定的减阻效果,从仿生学的角度为装载机铲斗的高效节能改进设计作了有益的探索.