龙虾在水环境下用螯部来挖掘和推动土壤,研究龙虾螯部结构分形特征对于设计疏浚机具等水环境下的切土机械有一定的启发作用。应用分形理论测定龙虾螯部体表上非光滑结构单元的分布情况,以定量方式准确描述其分布规律。分析结果表明龙虾螯部体表上非光滑结构单元为乳突状的凸包以及少量的棘刺,其法向投影近似为圆形,投影直径值满足正态随机分布,龙虾螯部体表上非光滑结构单元的分布具有分形特征,分数维数为0.021~0.032。研究结果为设计减粘减阻的仿生疏浚绞刀提供了定量依据。

凭借前足"挖-扩"式掘进方式,蝼蛄可以实现高效、快速的地下掘进。为了更好的利用这一优良特性,使用高速运动采集系统对蝼蛄前足的挖掘运动进行采集,使用Didge与Matlab软件对其进行运动学分析,并构建运动轨迹曲线。根据蝼蛄前足运动特性及运动轨迹,设计了一种基于曲柄滑块机构的仿生挖掘机构。仿真模拟结果表明,该机构的运动轨迹、速度及加速度特性等与蝼蛄相似,可以实现"挖-扩式"运动,证明了机构的可行性。其结果为触土工作机构的仿生设计提供了一种新方案。

为提高3D打印零件的断裂韧性,受自然界生物体中具有高韧性的螺旋结构启发,设计了四组聚乳酸(PLA)螺旋轨迹试样,并在Y组和Z组两个打印方向上与±45°的常规扫描方式进行三点弯实验对比。实验结果表明,螺旋轨迹试样的韧性在Y组和Z组两个打印方向上均比对照组高出10%以上。这表明将生物韧性结构引入到FDM中确实可以提高成型零件的韧性。

基于仿生学，设计了一种仿牛机械足，可应用于四足步行机器人。首先介绍了四足机器人的总体设计方案。然后根据牛足在泥地、软土地行走的功能特点，设计出仿牛机械足，运用Solidworks对仿牛机械足进行建模，分析仿牛足的功能，并通过Solidworks静力学仿真模块对关键零件进行仿真分析。仿真结果表明仿生机械足可以很好地模拟牛足的功能并保证结构安全可靠。

论文以基于柔性长鳍波动推进的仿生水下机器人试验模型为背景，主要研究其控制系统总体结构、硬件和软件的设计与实现问题。控制系统设计为主从结构，主从模块间通过CAN总线进行通讯。主控模块采用遥控与程控两种工作模式，并通过遥控指令实现模式切换。试验模型的推进、俯仰与转向控制由仿生柔性长鳍、重心调节模块和2自由度“十”字形尾舵3个控制子模块实现，各控制子模块设计为闭环伺服控制系统。系统综合测试和试验模型航行试验结果表明．论文设计实现的控制系统主从模块间通讯顺畅，功能协调，性能可靠，实现了设计功能并达到了预期的目标。

针对冲击气缸式无人机弹射系统耗气量高、质量大、动态特性差等弊端，提出了一种仿生气动肌腱式无人机弹射系统，利用气动肌腱的弱非线性，通过配置楔角以改善无人机加速阶段的受力情况，减缓加速度波动。对该弹射系统进行数学建模和动力学分析，并搭建Simuli<x>nk模型对该系统进行仿真求解;通过MATLAB与Simuli<x>nk对现有加速轨道通过多目标遗传算法实现进一步优化。优化后的加速轨道能提升加速度均值、气动肌腱能量利用率和起飞速度，且降低了加速度峰值，加速度波动在原有基础上降低了76.79%。仿真和优化结果表明，提出的气动肌腱式无人机弹射系统不仅避免了冲击气缸式弹射系统的缺点，还能进一步平缓加速度，减小整体系统的最大过载。

软体驱动器是一种由柔软材料组成,并主要通过弹性材料的弯曲、收缩或伸长等来实现运动的执行器。软体驱动器是实现仿生软体机器人运动和动作的关键部分,开发适用的软体驱动器是进行仿生软体机器人研究的前提。为研究能够驱动软体机器人的仿生软体驱动器,基于目前常见的软体驱动器形式,提出并设计了一种多腔体式仿生气动软体驱动器。该气动软体驱动器主体结构采用硅胶材料制作,能够利用3D打印的模具进行成型。该驱动器主体结构加上底面或经组合后,可以分别得到伸长驱动器、单向弯曲驱动器及双向弯曲驱动器,能够实现类似身体柔软类动物的仿生变形运动。分别对上述3种软体驱动器的静态特性进行了测试,结果表明,在15kPa压力下伸长驱动器的伸长率能够达到40%以上,弯曲驱动器在同样压力下也具有较大的弯曲变形。经实践证明,所设计的...

针对目前质子交换膜燃料电池密封不严导致的电化学性能低和泄漏等问题,从仿生学角度出发,以自然界的鲨鱼牙齿和扇贝壳作为仿生原型,对燃料电池的密封双极板结构进行仿生结构设计,提出4种仿生密封双极板结构,并建立密封双极板的接触力学模型,最后在有限元分析软件ABAQUS和ANSYS Fluent中开展仿生密封双极板与常规密封双极板的仿真对比试验。结果表明:仿生密封双极板接触面上的应力更大,两接触面的结合更加紧密;仿生密封双极板一凸一凹的镶嵌结合方式,减小了泄漏通道的有效高度,增大了泄漏阻力,可有效防止泄漏的发生;仿生密封双极板具有流固耦合密封效应,在双极板之间存在多个阻断面和空腔,可对流体造成明显的压差损失,能有效避免流体的泄漏。

为解决人们在负重、长途行走过程中的体力和速度等方面的难题,通过模仿鸵鸟的跟腱部位,沿用助力设备普遍采用的外骨骼形式,设计了一个轻巧简便的机械模型,利用人体行走过程中重力做功而产生的能量,将其储存起来,并将其转化为辅助人体行走或奔跑的动能。通过对模型的机构运动简图的运动分析,阐述其能量存储和释放的过程,从理论上验证其可行性,根据机构模型设计了设备的三维模型,并具体设计各零部件。该模型不需要外界动力源、结构简单紧凑,而且能量的储存和释放程度可调节,为人们负重、长途行走等提供了助力方式,解决了助力设备活动范围有限的问题。

利用ADAMS软件虚拟样机技术，设计了液压驱动的四足仿生机器人单腿机械结构。通过分析四足哺乳类动物身体结构及运动特性，设计了仿生机器人的机械机构，确定了机器人腿部自由度配置，建立了仿真模型。根据动物的实际运动步态，规划并设计了静步态及对角小跑两种步态，进行了逆动力学仿真，得到关节等关键部位输出数据。在仿真实验的基础上，设计了液压作动器的关键参数及四足仿生机器人单腿机械结构。