关于高新技术中的仿生技术几个问题的研究

随着日益突出的环境问题 ,尤其是进入 2 0世纪 90年代高速发展的高新技术所暴露出来的消极后果 ,使适应可持续发展要求的仿生技术已成为当今高新技术的主体 ,并在高新技术群中得到广泛运用。文章从个体仿生技术和生态仿生技术 2个层面 ,结合计算机技术、新材料技术、生物技术和现代化工技术等领域讨论了高新技术的仿生化要求及发展前景     

基于仿生机械云台的声纳图像拼接

分析了声纳图像拼接失真的因素,提出了一种基于仿生机械云台的声纳图像拼接方法. 根据眼球前庭动眼反射机理建立了一个具有主动补偿功能的仿生机械云台控制系统,对扫测艇姿态变化进行动态补偿减小了声纳图像拼接的误差. 使用姿态传感器与GPS以及图像信息对声纳图像进行对准,实现声纳图像的拼接. 不同环境下的仿真实验证明,该系统不仅具有动态补偿能力而且还具备鲁棒性. 最后,经水下声纳图像拼接的实验证明了该方法的有效性,较未使用仿生云台的拼接方法有更好的拼接效果.     

仿蝗虫脚掌的机器人脚结构设计及其优化

基于蝗虫脚掌有利于稳定附着的主要几何形态和材料特性,设计了一种新型具花瓣型结构的机器人仿生脚掌结构,并利用非线性有限元方法对其进行了接触力学和抓地性能分析.同时,利用快速成型法制备了机器人仿生脚掌试样,对其进行摩擦性能实验,以验证有限元分析结果的可靠性,并在此基础上进一步对脚掌结构进行优化设计.研究结果表明,仿蝗虫脚的机器人脚掌结构具有优良的地面抓附能力.在保证机器人脚一定承载能力的条件下,花瓣数目越少,机器人脚掌的抓地性能越好.     

仿鸟扑翼飞行器建模分析

针对目前对微小型飞行器的研究需要,分析计算了仿鸟扑翼飞行器翅拍动所产生的气动力和气动力矩,导出了拍翅式微型飞行器机体的运动微分方程和状态空间方程,并计算扑翼在飞行中的位置和姿态角.然后用matlab语言和Simulink环境设计了扑翼飞行器的仿真系统,并给出了相应的仿真结果.     

风力发电机组塔架的仿竹结构设计

针对风力发电机组塔架高耸结构稳定性问题,结合仿生结构设计理论,将竹子纤维束引入塔架结构,研究通过仿竹结构设计提高塔架稳定性的方法.以2 MW风力发电机组塔架为研究对象,采用层次分析法对竹子与塔架的相似度进行计算,验证生物选型的合理性.通过研究竹子纤维束特征与竹身稳定性的关系,设计出具有4根加劲肋的仿竹塔架.应用有限元数值分析方法对仿竹塔架和原型塔架的静态和动态效能进行分析,结果表明:仿竹塔架的塔顶位移和最大应力相较原型塔架分别降低了2.27%和13.48%,仿竹塔架前两阶固有频率相较原型塔架提升了1.31%和1.58%,仿竹塔架结构整体稳定性提升了1.4%.验证2 MW风力发电机组塔架仿竹设计的可行性可为后续塔架结构设计提供新的方法.     

兆瓦级垂直轴风力发电机组仿生塔架性能分析

为避免兆瓦级风力发电机组风激共振破坏问题,采用流体控制方程建立了兆瓦级垂直轴风力发电机组仿生塔架流场模型,模仿棕榈树树干直径随高度变化的规律,分3段建立仿生塔架,对兆瓦级垂直轴风力发电机组塔架进行了流固耦合数值分析。结果表明,仿生塔架与同类项普通塔架相比,兆瓦级垂直轴风力发电机组仿生塔架变形虽然稍有增大,但能满足风机塔架的变形设计要求,其最大应力下降了3 MPa,1阶固有频率避开了共振的频率范围,材料用量减小了10%,减轻了塔架的质量。     

制动盘表面微结构仿生构建与应力场分析

制动盘摩擦磨损不均匀易引起制动失效,导致重大交通事故的发生。基于蝗虫体表因具有非光滑表面结构而表现出的良好耐磨特性,应用SolidWorks三维制图软件建立了不同制动盘表面微结构仿生模型。运用ANSYS Workbench仿真软件,对不同表面微结构制动盘在不同初始速度下摩擦制动过程中的制动时间及应力分布情况进行了分析。得到了仿生制动盘表面结构的变化对制动性能和耐磨性能的影响情况,表明直沟槽表面制动盘的制动性能和耐磨性能相对较好。该研究结果对寻求一种制动性能和耐磨性能良好的仿生制动盘表面优化设计方法提供了理论基础。     

基于SCS的四足仿生机器人运动仿真平台

SCS(Simulation Construction Set)是Yobotics公司开发的对机械设备、仿生机械系统等复杂的多刚体系统进行运动仿真的软件包.基于SCS开发出一套面向四足仿生机器人的专用运动仿真平台,包括四足仿生机器人机构建模、基于VMC(Virtual Model Control)的动力学建模、地面接触模型及环境建模和数据处理模块设计.利用该仿真平台对一款16自由度四足仿生机器人的动态行走进行了仿真.结果表明:仿真过程流畅、快速、机器人行走平稳,验证了该仿真平台的实用性和可靠性.     

水压马达配流副仿生非光滑表面摩擦学性能

为探究剩余压紧力条件下具有仿生非光滑表面结构的水压马达配流副的摩擦学性能,选取431不锈钢和碳纤维增强PEEK作为摩擦副配对材料,在保持凹坑面积占有率相同的情况下,设计和制造了三种不同截面且直径分别为0.8 mm、1.0 mm、1.3 mm和1.7 mm的仿生非光滑表面凹坑试件,通过摩擦磨损试验获得了摩擦副摩擦系数、试件摩擦表面微观情况、试件摩擦表面粗糙度分布及磨损量等结果。结果表明,造成配流副磨损的摩擦机理主要有磨粒磨损、粘着磨损和沟犁磨损;配流副间设计的凹坑型非光滑表面都起到了降低摩擦系数、加快摩擦系统平衡和减少磨损量的作用;开口直径为1.0 mm的圆锥形凹坑能起到更好地降低摩擦系数的效果;开口直径为1.0 mm的圆锥形凹坑能起到更好地减少磨损的作用。     

仿生提取法研究蚂蟥不同部位体外抗凝活性

为研究蚂蟥各部位的抗凝活性,分别采用生理盐水提取法和仿生提取法提取蚂蟥内脏、肌肉、吊干品中的抗凝活性成分,以凝血酶时间（TT）、活化部分凝血活酶时间（APTT）、凝血酶原时间（PT）、抗凝血酶活性为指标进行抗凝测定。对比发现,采用生理盐水提取时,内脏的TT和APTT两种指标结果均大于肌肉和吊干品,而三者间的PT指标和抗凝血酶活性实验结果均显示没有显著性差异。采用仿生提取时,在TT指标测定和抗凝血酶活性实验中,内脏的抗凝活性低于肌肉和吊干品,在APTT指标测定中,内脏与肌肉和吊干品相比,具有较强的抗凝活性,在PT指标测定中,各部位抗凝活性没有显著性差异。仿生提取法由于模拟蚂蟥口服后在体内消化过程,因此较生理盐水提取更具有科学性。由此得出蚂蟥各部位针对不同的凝血途径,其抗凝活性具有一定的差异,抗凝物质基础较为分散。