一、仿生学原理在机械设计中的应用（论文文献综述）
张泽[1]（2021）在《基于张拉整体结构的仿生水母设计》文中研究表明伴随着社会经济的迅猛进步,现代化水平持续提升,科学技术日新月异,此时不管是在工作生活中,还是科研上,都在逐步提高中,新型技术和结构不断的出现使得人们与机器与大自然之间更加紧密相连,同时人们更加在乎与人交互的机器的节能性和环保性,随着对未知环境的好奇和探索,科学家们开始关注于水下生物和环境,水下机器人开始逐渐成为了热门。本文研究的主要内容包含以下几个部分,（1）通过研究发现,当内腔扩张之时,水流会充斥整个内腔;而内腔收缩之时,水流会在挤压力的作用下喷出,此时水流的推力导致水母沿着身体朝着垂直方向运动;（2）探讨运动机理与作用机理,找到了水母骨骼生物系统与张拉整体结构的映射关系,基于相似性原理,将张拉整体结构结合到水母的运动方式中,实现张拉可展机构的推进功能。（3）通过仿生水母的生物外形结构,进行仿真分析,提取外形轮廓内容,设计出仿生水母推进器的外形,并通过3D打印技术做出实验样机。张拉可展机构能够结合其自身的工作状态,在驱动设备的作用下形成驱动力,从而促使机构做出伸张与收缩的动作。在现实的工作当中,张拉可展机构能够维持伸展状态,导致这一机构钢化,具备较强的承载力与稳定性。水母是没有骨骼系统的,它是软体动物,所以只能模拟水母的推进方式,用四个机械结构的外拨片上下摆动使水下装置进行推进模拟他的运动,通过优化结构后,水下仿生机器人在运动时只需要半运动就可以进行水下移动,在张开时需要运用外力将运动副拉起来,通过张拉可展结构的特性,拉杆会被拉到最大值,将外力卸掉后,进行自由张拉可展运动,实现水下推动,这样做的目的不仅节省了能源,同时还保护了环境,达到了绿色设计标准。在外形设计方面,由于仿生水母推进器运动方式是从下向上运动,在水中运动时,水母会承受多种作用力,比方说重力、推动力、阻力以及加速反作用力等,其中对于水母影响最大的则是阻力,在设计外形时,将仿生水母推进器上半部分设计成锥形的结构,其目的是在运动过程中减少阻力,使仿生水母推进器有更大的做功。本文研究了张拉可展结构的特性,模拟水母的推进运动方式,运用张拉可展机构借助四个机械结构的外拨片,再通过仿生设计的历史源流和发展状况,总结归纳到了仿生水母推进器身上,通过仿生设计的设计手法和设计程序,完成对仿生水母推进器的外形设计并进行实验分析。
王思杨[2]（2020）在《材料、形态耦元对20CrMnTi钢滚动疲劳磨损性能的影响》文中指出20CrMnTi钢作为一种典型的低淬透性钢,因其韧性好,可焊性能优良,以及淬火后切削能力好等优良性能,被广泛地应用于汽车的传动部件。零件的失效形式是在交变应力的循环作用下在应力集中的地方萌生裂纹并扩展,扩展到一定程度后剥落。20CrMnTi钢虽然满足韧性要求,但是材料强度较低而且耐磨性较差。为了提高其抗磨性,工厂上常常通过渗碳热处理,增加其含碳量来满足其强度需要。但是通过渗碳热处理一方面能源消耗大和渗碳周期长,另一方面容易形成坚硬的外壳和较软的芯部,而且在软硬交界处容易产生疲劳裂纹。因此,需要寻求一种新的加工方式,来代替传统的渗碳热处理工艺。本文采用20CrMnTi钢材料,结合仿生耦合理论,利用激光加工技术在基体材料表面制备出高硬度的仿生单元体,高硬度的单元体和低硬度的基体材料形成一种类似于生物体表的软硬相间的耦合仿生结构,能有效提升基体材料表面抗滚动疲劳磨损性能。但是20CrMnTi钢含碳量低,通过激光淬火不能获得过饱和的马氏体组织,进而提升其硬度,所以激光淬火工艺限制了低碳钢的疲劳磨损性能的提升。因此,本文采用了激光熔凝,激光渗碳、激光熔覆的方法制备了五种不同硬度的材料耦元仿生单元体,以提高材料的抗滚动疲劳性能。通过滚动疲劳磨损实验选取最佳的仿生单元体,有限元软件对其应力场进行模拟分析。对选取的单元体进行形态仿生设计,分析在不同形态下的磨损情况,选取出最佳的仿生形态。用仿生强化方式替代传统的渗碳热处理工艺。实验结果表明:通过激光表面强化技术后,低淬透性钢的抗滚动疲劳性能有不同程度的改进。总体上表现单元体加工越硬,应力模拟分析表明单元体将大部分的应力分散到亚层,保护基体,耐磨性越好,但是还需要考虑单元体的熔覆颗粒的结合分解情况,选取最佳的Msic单元体（激光熔覆30%铁粉和70%的碳化硅的混合粉末）进行不同形态耦元设计,分析出不同单元体间距对耐磨性的影响。研究发现,具有Msic单元的仿生试样抗磨损性能最佳,并且横向间距为5mm,纵向间距4mm的网状单元体形态分布的仿生耦合试样的抗滚动疲劳性能最强。在相同情况下,具有Msic单元体的仿生试样的失重量是原始基体试样的10.2%,是经过渗碳热处理试样57.3%。对于传统的渗碳热处理试样,形成坚硬的外壳和较软的芯部,软硬交界是直线型交变层,在应力状态下无法形变,容易产生疲劳裂纹。而仿生单元体的存在,可以获得一定弯曲延伸的应力变形疲劳层,能够降低和分散应力,保护基体结构,从而可以大幅度提升其耐磨性,并从根本减少裂纹的萌生,以提高转向轴球节的使用寿命,具有重要的实际意义。
裴雨蒙[3]（2020）在《鳄鱼吻部的力学特性分析及其仿生设计》文中认为鳄鱼吻部具有的优良性能与其结构特点密不可分,结构对力学性能的影响以及如何将这种特殊的结构应用于仿生设计均值得我们深入探索。本文以菲律宾鳄鱼头骨为研究对象,以分析它的力学特性与结构间的关系,并将分析结果应用于仿生鳄鱼装置的结构设计为研究目的。运用逆向工程技术对复杂的鳄鱼头骨进行了三维重构,基于有限元理论与有限元分析方法对它的吻部结构进行力学特性分析,利用计算机技术对提取的特征参数进行数学模型构建,最终将分析结果与构建的数学模型应用于仿生设计。将现有方法与技术结合应用于新对象的研究,发挥了鳄鱼生物特性的价值,设计了仿生抓取装置与仿生打捞装置,扩大了仿生鳄鱼装置的应用范围。本文的主要研究内容如下:1、运用逆向工程软件Geomagic Studio对鳄鱼头骨的数据进行了三维重构。对因扫描造成的缺失及重叠等问题进行了多边形阶段处理,将修复后的鳄鱼头骨模型命名为模型Ⅰ（未填充）。然后根据鳄鱼捕食实际情况将眼部与鼻部区域的孔洞按曲率进行填充,得到恢复曲面形貌后的鳄鱼模型,将它命名为模型Ⅱ（已填充）,并将模型Ⅰ与模型Ⅱ进行了偏差对比。最后基于NURBS（非均匀有理B样条）完成了对模型Ⅰ与模型Ⅱ的曲面化阶段处理。研究结果表明二者偏差主要为填充区域,其余部分偏差较小,两个模型均可用于后续分析。2、基于有限元理论与有限元分析软件ANSYS对鳄鱼头骨模型及对比模型展开力学特性分析。根据模型Ⅰ骨骼机构特点,利用三维设计软件CATIA建立它的简化模型。首先将重构后的模型Ⅰ与模型Ⅱ在同等条件下进行结构静力分析对比,再将简化模型与模型Ⅱ在同等条件下进行结构静力分析与模态分析对比,最后对简化模型与鳄鱼模型Ⅱ在同等条件下进行流体力学分析对比。对比结果可以看出在同等条件下模型Ⅱ与其他两个模型相比,抗变形能力更强,应力分布更加分散,不易产生共振,可为后文的仿生设计提供依据。3、利用软件Geomagic Studio的裁剪功能,提取了模型Ⅱ的不规则曲面、流线型曲线的数据,并利用MATLAB软件工具箱中的拟合功能,完成了它们数学模型的构建。因非规则曲面直接构建较为复杂,本文按照其形貌特征分成三部分,采用多项式拟合的方法对三个曲面进行数学模型的构建并得到三个数学方程,提取拟合后的数据将其合并为完整的数学模型与原曲面进行偏差对比,标准偏差为0.6825,在可接受范围内,采用多项式逼近与正弦曲线逼近的方法对曲线的点云数据进行数学模型的构建并得到两个数学方程,将它们分别与原曲线对比,后者得到的数学模型决定性系数更高且误差更小。构建的数学模型及方程均可应用于后文的仿生设计。4、以力学特性分析的结果与构建的数学模型为基础,利用软件CATIA进行了仿生抓取装置与仿生打捞装置的结构设计。根据鳄鱼吻部结构特点及牙齿分布特点,设计仿生抓取装置Ⅰ,在它的基础上使其轻量化,设计性能相近的仿生抓取装置Ⅱ。根据鳄鱼结构特点、牙齿结构特点和攻击特点等,设计仿生打捞装置,解决现有装置不能水陆两栖、破碎、打捞、过滤、收集的一体自主运行弊端。以上的仿生装置结构设计,有一定的实用价值,在仿生机器人领域、水利工程领域等有良好的发展前景。
张聪[4]（2020）在《输电铁塔攀爬机器人的设计与分析》文中指出输电铁塔首登人员肩负着安装安全绳的任务,在没有安全绳保护下登塔存在极大的高空坠落风险。为了解决输电铁塔首登人员的安全问题,为机器人替代人工登塔提供理论依据,研究输电铁塔攀爬机器人就显得尤为重要。本文在归纳与分析不同种类攀爬机器人特点的基础上,提出了一种适合攀爬输电铁塔的机器人模型。基于仿生学理论方法,对输电铁塔攀爬环境进行了环境相似性分析,结合蚕的攀爬结构得出了适用于攀爬输电铁塔环境的机器人仿生结构,并对其运动过程进行了分析,验证了机器人运动的合理性。本文采用D-H法建立了机器人的运动学模型,并运用MATLAB对其工作空间进行了验证,得出了最优连杆参数。对攀爬状态下的机器人进行了静力学分析,确定了保持稳定的最小磁吸附力与排布方式。对机器人进行了详细的结构设计,并运用有限元对其关键零部件进行了强度校核,验证了机器人结构的合理性。基于蚕的攀爬步态,提出了机器人不同环境下的步态规划,并建立了对应步态下的雅可比矩阵与动力学模型。进行仿真分析求解出各关节最小需求速度与力矩,为各关节电机选型提供了理论依据。本文对输电铁塔攀爬机器人进行了实验验证,实验结果表明,该机器人可在负载10 kg的情况下耗时70分钟攀爬至50 m高的输电铁塔顶部。该实验验证了输电铁塔攀爬机器人结构合理,攀爬步态可靠,能够顺利完成攀爬任务。该研究表明输电铁塔机器人能够代替人工进行输电铁塔的攀爬作业,输电铁塔高空作业的机械化、智能化具有很高的可行性。
曹学敏[5]（2020）在《基于张拉机构的仿生上肢前臂设计方法》文中指出根据人体生物学特征,基于张拉整体结构,提出一种质量较轻,体积较小,等效映射出具有张拉特性的仿生上肢腕关节。这种张拉仿生腕关节通过收缩和伸长弹簧模拟人体肌肉收缩来实现其运动特征。传统仿生上肢结构设计受到运动副的限制,不能保证机械结构的灵活性,而张拉整体结构具有可变形性高,自适应性强,能抵抗多方向冲击的特性。因此使用张拉结构完美的解决了这个问题,即将柔性和刚性系统与传统设计中结构的好处结合起来。该联合既可以使机器人关节在不可预测的环境中工作,又满足了对功能灵活性和结构适应性的特征需求。本文主要研究内容如下:（1）根据人体上肢生物学特征,对实现内收/外展,屈曲/伸直动作的上肢腕关节进行解剖学研究,以得出与其相关骨骼、肌肉等组织结构的运动关系,简化腕部形态结构,等效映射出基于两杆张拉特性的机构学模型。（2）通过弹簧的收缩、拉伸实现人体肌肉的运动特征,进一步得到优化了的无运动副的仿生上肢腕部张拉机器人。利用反向动力学方法求解机构的运动位置,推导出仿生腕部各姿态张拉弹性元件的尺寸参数计算公式并匹配了弹簧刚度系数,给出了机构运动分析的理论方法。（3）在此基础上,利用Adams仿真验证仿生张拉腕部能够实现类似人体腕部的变化运动,及理论计算公式的正确性。搭建了实验平台且制作了物理样机,并对样机进行了测试。结果表明仿生张拉腕部能较好并稳定地实现人体腕部自适应的运动特征,从而证实了本设计方法的有效性和可行性。最后通过仿真建模验证设计出的腕部外骨骼机器人具有很好的舒适性和实用性。
侯居光[6]（2020）在《基于龟壳的拱桥仿生设计研究》文中认为仿生学给桥梁设计带来新的思路与方法,有助于推动桥梁设计形式创新。选取龟壳结构作为拱桥的仿生设计研究对象。从相关的的桥梁仿生文献来看,关于龟壳仿生拱桥的研究尚少见。因此,基于龟壳的拱桥仿生设计研究具有重要意义。本文研究的目的:揭示龟壳结构力学特性;将龟壳与拱桥结合研究,给后来研究者提供桥梁仿生研究的思路和方法;通过仿生设计,设计出新型仿生拱桥断面形式;进一步优化传统钢筋混凝土拱桥,减少材料损耗,增加结构刚度,丰富拱桥结构形式。本文的主要研究内容和成果分别为:（1）采用理论分析法研究了龟壳结构和材料的性能,并对龟壳结构可否进行仿生拱桥设计进行了探讨。主要结论:龟壳结构中的椎骨、肋骨、加强肋和层状结构特征使得龟壳结构具有较大抗压承载力;从仿生学出发,龟壳结构具有研究价值,特别是在主要发挥抗压承载力优势的结构上。（2）通过工业三维CT设备,获取龟壳点云数据,采用逆向工程技术实现龟壳曲面重构并生成三维实体模型。采用3D打印机打印龟壳三维模型,通过对3D打印龟壳和真实龟壳进行压力荷载试验,建立了荷载与龟壳应变、挠度之间的关系。从宏观和微观层面对真实龟壳材料组构进行观测,探讨龟壳结构力学特性及其承载模式。主要结论:龟壳结构头部变形要小于尾部;加强肋是龟壳结构保持完整性的关键部位;在荷载作用下龟壳结构整体协调变形,肋骨和椎骨有效保护了乌龟的内脏器官等;龟壳由不同的层状结构组成,背甲存在明显的接缝结构,在加强肋和椎骨中存在狭小的孔道,可用于运输营养物质。（3）基于有限元通用软件ABAQUS建立龟壳数值模型,采用拓扑优化技术,在ABAQUS中Optimization模块对龟壳结构进行了优化,在此基础上,进行拱桥结构仿生设计。主要结论:龟壳结构数值结果与龟壳力学试验数据基本一致;拓扑优化得出甲桥部分结构、背甲尾部、头部部分位置对龟壳抗压承载力影响较小;基于龟壳结构形式特点和力学特性,提出了新型拱桥断面仿生设计方案。（4）依托工程实例,建立两种仿生拱桥结构和常规拱桥结构模型,并对模型的体积进行对比。采用ABAQUS软件进行分析,对比三个结构在单位正载和偏载作用下的挠度、应力等效应。将实桥荷载作用在仿生拱桥结构一、二上,对比分析两种仿生拱桥结构验算截面应力、应变、挠度变化情况。主要结论:两种仿生拱桥模型与常规拱桥模型相比较,体积减少了2.83%和3.36%;在单位荷载作用下,仿生拱桥结构刚度和承载能力更优;在实际结构荷载作用下,两种仿生拱桥结构的应力、应变、挠度等均满足结构承载要求。本文研究将仿生学与桥梁设计相结合,研究成果有利于推动桥梁设计形式创新,有助于桥梁仿生学科发展,具有一定的理论研究和工程应用价值。
杨晴雅[7]（2020）在《基于仿生理念的陶瓷陈设品设计研究》文中研究说明陶瓷陈设品作为室内空间装饰的一种手段,已经逐渐为人们所接受,并成为一种时尚。然而,其设计更多的是沿用传统的样式、风格和手段。随着现代科学技术和新的学科理念的发展,各种新的观念、方法和工具层出出不穷。但无论科技如何发展,人们对自然和原生态的审美和崇拜,始终是人类永恒的追求。本论文研究以陶瓷陈设品为研究对象,借助仿生学的理念及其衍生出的仿生思维、仿生设计等研究范畴和方法,从对仿生理念和陶瓷陈设品的解析入手,即对与仿生相关的理念、陶瓷和陈设品、陶瓷陈设品的特征,以及仿生理念对陶瓷陈设品设计的影响等问题进行梳理和分析。从形态、色彩、结构、功能、技术可实现性、文化内涵等方面构建基于仿生理念的陶瓷陈设品设计原则和方法。论文的研究内容共五个部分。第一部分,对研究的背景、目的和意义,国内外相关研究现状,研究对象和范畴,研究内容和方法等问题进行了梳理、分析和概括,提出基于仿生理念的陶瓷陈设品设计研究的重要性;第二部分,对与仿生相关的理论、陶瓷和陈设品的基本理论进行了解析,梳理出陶瓷陈设品的特征和仿生理念对陶瓷陈设品设计的影响,提出了仿生陶瓷陈设品设计的理论依据;第三部分,借助第二部分的基础解析,提出基于仿生理念的陶瓷陈设品设计原则,构建出仿生陶瓷陈设品设计的研究框架和宏观依据;第四部分,借助构建的理论框架,结合陶瓷陈设品设计的程序,提出仿生陶瓷陈设品设计的方法,为设计实践提供现实依据;第五部分,通过设计实践论证前述理论研究的可行性。论文力图通过系统性的研究拓展仿生设计研究的外延,为仿生陶瓷陈设品设计提供一点理论层面的支撑和方法层面的参考。
薛昂[8]（2020）在《基于轻武器发射的四足机器人设计与分析》文中指出近年来,陆基无人作战平台一直是军用机器人领域研究的一大热点,其中轮式与履带式平台在技术上较为成熟,并已得到了广泛应用。然而,大多数的野外作战环境仍为山地与沟壑,这对于需要平坦地面的轮、履式机器人而言,依旧是影响其功能发挥的障碍。从自然界的角度来看,步行生物尤其是四足步行生物以其独有的运动结构与运动规律,可以在较大负载的情况下完成在非连续地面上的快速移动。因此,为了补足移动机器人在非连续地面上运动的短板,仿生步行机器人成为了各国相关研究人员的新的重点研究方向。本文以自然界中马为代表的四足步行生物为仿生学研究对象,探索其生物结构与运动规律。同时,采用模块化的结构设计理念,结合现实任务需求,设计出一种单机械腿具有三自由度的、可实现基本运动功能的基于轻武器发射的四足机器人。基于改进型D-H参数法,建立起四足机器人整机与机械腿的相关运动学模型,同时完成正运动学的相关分析推导,并采用反变换法对机器人逆运动学求解进行探索。同时,利用基于Matlab软件的Robotics Toolbox工具箱完成机械腿结构的相关数字模型建立,并在该环境下完成机械腿足端的工作区间求解与给定位姿的轨迹规划。为了了解四足机器人的运动特性,在对机器人系统进行动力学分析后,将建好的三维模型导入ADAMS软件中,并完成相应的设置。同时,在给定驱动输入的条件下,使虚拟样机完成相应的运动仿真,同时得出诸如机体位移、关节角位移以及关节驱动力矩等信息,为后续工作的开展提供参考。
王毅[9]（2019）在《柑橘采摘机器人咬合式末端执行器关键技术研究》文中研究说明在果蔬生产中,对新鲜果蔬的收获是最耗时、最费力、占用劳动力最多的一个环节,研究开发柑橘采摘机器人,实现柑橘果实收获的自动化和智能化,对于解放生产力、提高劳动生产效率、降低生产成本等具有重要意义。采摘机器人的末端执行器直接负责对果蔬的采摘操作,对果蔬的成功收获起着关键的作用,是采摘机器人能否成功完成采摘任务的一个关键部件,被认为是农业采摘机器人的核心技术之一。因此,开展适用于果园自然环境的末端执行器及柑橘采摘机器人系统的相关研究,对提高采摘机器人精确采摘的能力、实现柑橘采摘自动化和智能化具有非常重要的理论意义和实用价值。本文根据机器人在果园自然环境收获柑橘的实际,建立了果园自然环境柑橘果柄采摘剪切模型,揭示了模型的各参数对剪切效果的影响规律,提出了基于仿生学原理的咬合式采摘的方法,应用仿生学原理模仿蛇的咬合动作设计了咬合式末端执行器,提出了应用咬合式末端执行器进行采摘的最佳采摘姿态的判断函数,并结合末端执行器的具体参数解出了最佳采摘姿态的值,根据实验结果对末端执行器进行了优化,开发了集成咬合式末端执行器的柑橘采摘机器人系统及控制方法,在果园自然环境中进行了实验验证,基本实现了采摘机器人在果园自然环境对柑橘果实的采摘。具体研究内容如下:（1）建立了果园自然环境柑橘果柄采摘剪切模型并研究了各参数的影响规律。结合果园自然环境下柑橘果树的生长实际,提出了机器人收获柑橘的基本方案,据此分析了影响柑橘果柄剪切效果的因素,定义了描述柑橘果柄空间方位的采摘坐标系和相关角度并统计了柑橘的生长情况。在此基础上建立了柑橘果柄剪切模型,并确定了影响剪切效果的6个参数。选择单因素试验方法,建立试验测试平台并逐一测定各参数对剪切效果的影响,揭示了各参数对剪切成功率和剪断果柄所需的峰值剪切力的影响规律,归纳了采摘机器人能够剪切的最大果柄范围模型,有超过96%的柑橘果柄处于机器人能够剪切的范围之内。（2）基于仿生学原理设计了仿蛇嘴的咬合式末端执行器并求出了最佳采摘姿态。根据机器人收获柑橘的基本方案和果柄剪切模型,提出了基于仿生学原理的咬合式采摘的方法。根据蛇的咬合动作,基于仿生学原理设计了咬合式末端执行器并制作了样件。提出了末端执行器最佳采摘姿态的判定函数,并结合末端执行器的具体参数和柑橘的生长分布情况,解出了最佳采摘姿态。在实验室环境下对咬合式末端执行器及最佳采摘姿态进行了实验验证,实验结果表明,咬合式末端执行器对柄偏角有较好的适应性,采用计算出的最佳采摘姿态能够较好的包容不同果柄倾角的果实,但还存在一些参数需要优化。（3）根据实验结果优化了末端执行器。根据实验过程中发现的末端执行器的不足,明确了优化目标和约束条件并进行了优化。制作了优化后的咬合式末端执行器样件,在实验室环境下对末端执行器进行了不同果柄偏角、不同果柄倾角以及采摘动作规划成功率的实验,结果表明,优化后的咬合式末端执行器,对果柄偏角、果柄倾角均有较好的适应性,采摘路径规划成功率提升了20%,达到95.5%。归纳了采摘机器人集成咬合式末端执行器能够采摘的最大果柄范围模型,能够在果园自然环境下剪切大约90%的果柄。（4）开发了集成咬合式末端执行器的柑橘采摘机器人系统及控制方法。根据采摘机器人的作业需求,将咬合式末端执行器及其他模块集成入柑橘采摘机器人系统并制作了样机。对集成了咬合式末端执行器的采摘机械臂正逆运动学进行了分析,集成咬合式末端执行器的机械臂以固定姿态采摘时最多可以有8组逆运动学解;对机械臂关节空间轨迹进行了规划,选择五次多项式进行插值来减少磨损和保证运动轨迹精度;对机械臂与双目相机进行手眼标定,实现视觉模块和机械臂的坐标转换。提出了“能耗最小”原则及其判定函数来选择单个果实采摘时机械臂逆运动学解,并基于“能耗最小”原则提出了“双智能优化算法”用于确定多个果实的采摘序列和采摘各果实时机械臂的逆运动学解,确定了果园自然环境下采摘多个果实的完整控制流程。在实验室环境和果园自然环境分别进行了实验验证,基于“能耗最小”原则的控制方法能够有效降低采摘能耗和时间,果园自然环境下柑橘采摘机器人的采摘总体成功率为80%,基本能够满足果园自然环境柑橘采摘的要求。
杨世强[10]（2019）在《输电铁塔仿蚕攀爬机器人的设计与分析》文中提出输电铁塔担负着电力远距离输送的重任,是电力系统的重要设备。由于长期暴露在复杂且恶劣的环境中,输电铁塔和线路设备会有不同程度的腐蚀损坏,严重影响电力系统的安全运行。为了保证其长期运行的安全性,需要对输电铁塔和线路进行人工检测和维护。首登人员登塔危险系数高,一旦发生坠落受交通和环境的影响救援难度大且时间长。因此,电网公司需要研发首登人员临时防坠装置辅助安装机器人,替代首登人员登塔。本文在调研国内外攀爬机器人技术的基础上,结合仿生学原理和方法,受蚕运动方式的启发,对其生物结构和运动特点进行研究,提出了一种基于蚕特征的攀爬机器人模型。对其步态进行了分析和优化,通过虚拟样机技术实现了攀爬机器人沿铁塔攀爬的功能。根据攀爬机器人的作业环境及功能要求,对攀爬机器人的整体结构进行详细设计,借助软件完成了样机的三维实体建模。用有限元方法对关键零部件进行了强度校核。对机器人进行静力学分析,确定了攀爬机器人不发生下滑失稳和倾覆失稳时磁吸附单元的最小磁吸附力。运用D-H法建立攀爬机器人运动学模型,求得了机器人正逆解和雅可比矩阵。采用蒙特卡洛法对攀爬机器人的作业空间进行仿真和分析,为机器人的轨迹规划和运动控制奠定了基础。在机器人运动学分析的基础上,采用拉格朗日法建立了攀爬机器人动力学方程。将攀爬机器人样机模型导入ADAMS环境中,对机器人越障、转弯过程进行动力学仿真,分析攀爬机器人在运动过程中位移、速度、驱动力矩等曲线变化趋势,验证机器人的合理性和稳定性,为机器人结构优化和实物样机制造提供一定的理论依据。本文对攀爬机器人进行了相关的理论研究、结构设计和仿真分析,为首登人员临时防坠装置的辅助安装提供了理论和技术支持,具有较高的实际应用价值。
二、仿生学原理在机械设计中的应用（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、仿生学原理在机械设计中的应用（论文提纲范文）
（1）基于张拉整体结构的仿生水母设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 张拉整体结构与工业设计仿生的国内外研究现状 |
| 1.3 国外研究现状 |
| 1.4 国内研究现状 |
| 1.5 课题研究内容 |
| 第2章 仿生设计在水母推进器中的应用 |
| 2.1 仿生设计 |
| 2.1.1 仿生设计的诞生 |
| 2.1.2 仿生设计的历史源流 |
| 2.2 仿生设计的价值 |
| 2.3 仿生设计在产品中的应用 |
| 2.4 仿生设计的过程及方法 |
| 2.4.1 仿生设计的过程 |
| 2.4.2 仿生设计的方法 |
| 2.5 设计定位及生物结构运动 |
| 2.5.1 形态仿生设计在张拉整体结构仿生水母推进器中的应用 |
| 2.5.2 功能仿生设计在张拉整体结构仿生水母推进器中的应用 |
| 2.5.3 结构仿生设计在张拉整体结构仿生水母推进器中的应用 |
| 2.6 本章小节 |
| 第3章 基于水母外形的水中推进器外形设计 |
| 3.1 水母结构分析及仿生水母机器人技术需求 |
| 3.1.1 水母结构分析 |
| 3.1.2 仿生水母机器人技术需求 |
| 3.2 草图推敲 |
| 3.3 仿生水母推进器建模方案 |
| 3.4 仿生水母推进器产品造型分析 |
| 3.5 仿生水母推进器产品外形减阻分析 |
| 3.6 仿生水母推进器效果图 |
| 3.7 仿生水母推进器产品配色方案 |
| 3.8 产品材质分析 |
| 3.9 本章小结 |
| 第4章 基于张拉整体结构的仿生水母推进器设计 |
| 4.1 张拉整体结构研究现状 |
| 4.2 仿生水母推进器张拉可展机构运动原理分析 |
| 4.3 仿生水母推进器张拉可展机构结构分析 |
| 4.3.1 绳驱动轮辐式机构 |
| 4.3.2 空间球铰链机构 |
| 4.4 基于ADAMS的可展机构仿真分析 |
| 4.4.1 仿真基本步骤 |
| 4.4.2 样机模型运动仿真 |
| 4.4.3 基于仿真结果运算分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
| 攻读硕士学位期间研究成果 |
（2）材料、形态耦元对20CrMnTi钢滚动疲劳磨损性能的影响（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究目的与意义 |
| 1.2 转向轴球节疲劳失效分析 |
| 1.2.1 理论研究 |
| 1.2.2 转向轴球节的疲劳破坏 |
| 1.2.3 裂纹源及萌生机理 |
| 1.3 激光表面强化技术研究现状 |
| 1.3.1 激光技术发展 |
| 1.3.2 激光相变强化 |
| 1.3.3 激光熔凝技术 |
| 1.3.4 激光熔覆技术 |
| 1.3.5 激光合金化 |
| 1.4 生物耦合理论研究 |
| 1.4.1 仿生学理论研究背景 |
| 1.4.2 生物耦合现象 |
| 1.4.3 仿生学在工程上的应用 |
| 1.5 本文的主要研究内容 |
| 第2章 实验方法 |
| 2.1 实验材料 |
| 2.2 仿生理论依据 |
| 2.3 实验准备 |
| 2.4 实验粉末 |
| 2.5 单元体微观组织的分析 |
| 2.6 物相分析 |
| 2.7 显微硬度测定 |
| 2.8 仿生耦合试样滚动疲劳磨损实验 |
| 2.8.1 磨损设备及失重量测量 |
| 2.8.2 磨损形貌分析 |
| 2.8.3 仿生耦合试样表面受力情况的有限元分析 |
| 第3章 材料耦元对20CrMnTi钢滚动疲劳磨损性能的影响 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 仿生单元体的微观特征分析 |
| 3.2.1 显微组织形貌 |
| 3.2.2 显微硬度分析 |
| 3.3 仿生耦合试样的滚动疲劳磨损性能 |
| 3.3.1 滚动疲劳的磨损测试结果 |
| 3.3.2 滚动疲劳磨损图 |
| 3.3.3 不同仿生单元体的有限元分析 |
| 3.4 本章小节 |
| 第4章 形态耦元对20CrMnTi钢滚动疲劳磨损性能的影响 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 激光仿生单元体形态对20CrMnTi钢滚动疲劳磨损性能的影响 |
| 4.2.1 激光仿生试样制备 |
| 4.2.2 仿生单元体显微组织 |
| 4.3 单元体形态对仿生耦合试样的耐磨性影响 |
| 4.3.1 形态耦元的设计 |
| 4.3.2 滚动疲劳实验及结果 |
| 4.3.3 仿生耦合试样表面受力数值模拟分析 |
| 4.4 激光熔覆Msic单元体特征量对滚动疲劳性能的影响 |
| 4.4.1 激光熔覆Msic单元体间距对20CrMnTi钢滚动疲劳性能的影响 |
| 4.4.2 滚动疲劳磨损结果 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 仿生强化与传统渗碳热处理的疲劳磨损过程分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 显微组织 |
| 5.3 X射线衍射分析 |
| 5.4 磨损测试 |
| 5.4.1 磨损实验 |
| 5.4.2 磨损图片 |
| 5.5 仿生强化与传统渗碳热处理的疲劳磨损机理分析 |
| 5.5.1 应力交变层 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 结论 |
| 参考文献 |
| 作者简介及硕士间所取得的科研成果 |
| 致谢 |
（3）鳄鱼吻部的力学特性分析及其仿生设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| §1.1 课题的研究背景和意义 |
| §1.2 国内外仿生学研究现状 |
| §1.2.1 国外仿生设计方法研究现状 |
| §1.2.2 国内仿生设计方法研究现状 |
| §1.3 本文的主要研究内容与安排 |
| 第二章 理论及技术方法介绍 |
| §2.1 逆向工程 |
| §2.1.1 逆向工程概念与意义 |
| §2.1.2 逆向工程的关键技术 |
| §2.2 有限元法及有限元分析的应用 |
| §2.2.1 有限元法及有限元分析的概念 |
| §2.2.2 有限元分析软件介绍 |
| §2.2.3 有限元分析方法应用 |
| §2.3 本章小结 |
| 第三章 鳄鱼头骨的三维模型重构 |
| §3.1 鳄鱼头骨的点云数据获取及预处理 |
| §3.2 基于逆向工程的鳄鱼头骨曲面重构 |
| §3.2.1 曲面重构的方法 |
| §3.2.2 点云数据的处理 |
| §3.2.3 多边形阶段处理 |
| §3.2.4 鳄鱼头骨模型Ⅱ的曲面重构 |
| §3.2.5 曲面阶段处理 |
| §3.3 本章小结 |
| 第四章 鳄鱼吻部的力学特性分析 |
| §4.1 鳄鱼头骨模型Ⅰ与模型Ⅱ结构静力对比分析 |
| §4.1.1 鳄鱼头骨模型Ⅰ与模型Ⅱ的前处理 |
| §4.1.2 鳄鱼头骨模型Ⅰ与模型Ⅱ的分析结果及对比 |
| §4.2 鳄鱼头骨模型Ⅱ与简化模型结构静力对比分析 |
| §4.2.1 简化模型的建立 |
| §4.2.2 简化模型的结构静力学计算 |
| §4.2.3 模型Ⅱ与简化模型的计算结果对比及分析 |
| §4.3 鳄鱼头骨模型Ⅱ与简化模型模态对比分析 |
| §4.3.1 振动与模态分析 |
| §4.3.2 模型Ⅱ与简化模型的模态对比分析 |
| §4.4 鳄鱼头骨模型Ⅱ与简化模型流体力学对比分析 |
| §4.5 本章小结 |
| 第五章 鳄鱼上颚的特征参数提取及分析 |
| §5.1 鳄鱼上颚曲面特征参数提取 |
| §5.2 鳄鱼上颚的曲面特征参数拟合 |
| §5.2.1 第Ⅰ曲面的数学模型 |
| §5.2.2 第Ⅱ曲面的数学模型 |
| §5.2.3 第Ⅲ曲面的数学模型 |
| §5.2.4 拟合曲面的合并及其偏差分析 |
| §5.3 鳄鱼上颚的曲线特征参数提取 |
| §5.4 鳄鱼上颚的曲线特征参数拟合 |
| §5.5 本章小结 |
| 第六章 仿生装置的结构设计与分析 |
| §6.1 仿生抓取装置的结构设计与分析 |
| §6.1.1 仿生抓取装置Ⅰ的结构设计 |
| §6.1.2 仿生抓取装置Ⅱ的结构设计 |
| §6.1.3 仿生抓取装置的结构性能对比与分析 |
| §6.2 仿生打捞装置的结构设计 |
| §6.3 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| §7.1 工作总结和结论 |
| §7.2 存在不足及展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士期间获得的科研成果 |
（4）输电铁塔攀爬机器人的设计与分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 变量注释表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题来源 |
| 1.2 课题研究目的及意义 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.4 课题主要研究内容 |
| 2 基于仿生理论的攀爬机器人机构设计与分析 |
| 2.1 目的及工作环境分析 |
| 2.2 仿生设计方法及理论研究 |
| 2.3 仿蚕机构模型的建立 |
| 2.4 运动过程分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 攀爬机器人整体结构的建模与分析 |
| 3.1 基本设计参数分析 |
| 3.2 磁吸附力的分析与实验 |
| 3.3 机器人整体结构建模 |
| 3.4 吸附足及胸部、尾部、旋转机构有限元分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 攀爬机器人的速度与动力仿真分析 |
| 4.1 攀爬机器人步态规划 |
| 4.2 攀爬机器人需求速度分析 |
| 4.3 攀爬机器人动力学分析 |
| 4.4 电机选型设计 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 攀爬输电铁塔实验分析 |
| 5.1 模拟攀爬实验 |
| 5.2 高压输电铁塔攀爬实验 |
| 5.3 实验结论与分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 附录1 |
| 作者简历 |
| 致谢 |
| 学位论文数据集 |
（5）基于张拉机构的仿生上肢前臂设计方法（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题来源 |
| 1.2 研究目的和意义 |
| 1.3 上肢外骨骼机器人研究现状 |
| 1.3.1 上肢外骨骼机器人国外研究现状 |
| 1.3.2 上肢外骨骼机器人国内研究现状 |
| 1.4 张拉整体结构的理论研究 |
| 1.4.1 张拉整体结构的研究现状 |
| 1.4.2 张拉整体结构在仿生学领域应用 |
| 1.5 研究技术路线和主要内容 |
| 第2章 基于张拉整体结构的人体腕部生物映射模型 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 人体腕部运动特征的提取 |
| 2.3 人体腕部形态结构的提取 |
| 2.3.1 腕部骨骼 |
| 2.3.2 腕部肌肉、韧带软组织 |
| 2.4 人体腕部运动机理 |
| 2.5 人体腕部形态结构的简化 |
| 2.6 人体腕部张拉整体结构等效映射模型 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 仿生腕部结构的设计与运动学仿真分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 仿生腕部机构设计方法 |
| 3.2.1 机构学映射模型 |
| 3.2.2 基于人体腕部特征参数的机构整体构型设计 |
| 3.3 仿生腕部机构运动学分析 |
| 3.3.1 齐次坐标旋转变换 |
| 3.4 仿生腕部机构弹簧刚度的匹配 |
| 3.4.1 弹簧力的计算 |
| 3.4.2 弹簧刚度的匹配 |
| 3.5 两杆三索张拉结构找型分析 |
| 3.6 基于ADAMS仿生腕部机构仿真分析 |
| 3.6.1 仿真基本步骤 |
| 3.6.2 机构模型运动仿真 |
| 3.6.3 基于仿真结果的弹簧长度变化分析 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 物理样机制作与外骨骼穿戴实验设计 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 物理样机的仿生制造 |
| 4.2.1 仿生腕关节制作 |
| 4.2.2 仿生腕部机构物理样机 |
| 4.3 外骨骼穿戴实验设计 |
| 4.3.1 仿人腕部运动特征测试 |
| 4.3.2 腕部外骨骼穿戴运动测试 |
| 4.3.2.1 腕部外骨骼机器人结构设计 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
| 攻读硕士学位期间研究成果 |
（6）基于龟壳的拱桥仿生设计研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究的背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 仿生学简介 |
| 1.2.2 桥梁结构仿生研究现状 |
| 1.2.3 龟壳研究现状 |
| 1.3 研究的目的与内容 |
| 1.3.1 研究目的 |
| 1.3.2 主要研究内容 |
| 第二章 龟壳结构材料与力学性能分析 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 龟壳结构特性分析 |
| 2.2.1 龟壳的圆拱形结构 |
| 2.2.2 龟壳的椎骨与肋骨 |
| 2.2.3 龟壳的加强肋 |
| 2.2.4 龟壳的层状结构 |
| 2.3 龟壳材料特性分析 |
| 2.3.1 龟壳材料的组成 |
| 2.3.2 龟壳的弹性模量 |
| 2.4 龟壳力学特性分析 |
| 2.4.1 龟壳结构的合理性 |
| 2.4.2 龟壳结构的优异性 |
| 2.5 结论 |
| 第三章 3D打印龟壳模型及力学试验 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 龟壳三维模型建构 |
| 3.2.1 逆向工程简介 |
| 3.2.2 龟壳点云数据获取 |
| 3.2.3 龟壳点云数据处理与模型建构 |
| 3.3 3D打印龟壳模型试验 |
| 3.4 3D打印龟壳模型力学性能试验 |
| 3.4.1 试验目的 |
| 3.4.2 试验仪器 |
| 3.4.3 测点布置 |
| 3.4.4 试验流程 |
| 3.5 试验结果及分析 |
| 3.5.1 试验结果 |
| 3.5.2 3D打印龟壳应变分析 |
| 3.5.3 3D打印龟壳挠度分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 龟壳力学性能与材料组构试验 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 巴西红耳龟龟壳力学性能试验 |
| 4.2.1 试验目的 |
| 4.2.2 试验仪器 |
| 4.2.3 测点布置 |
| 4.2.4 试验流程 |
| 4.3 试验结果及分析 |
| 4.3.1 试验结果 |
| 4.3.2 真实龟壳应变分析 |
| 4.3.3 真实龟壳挠度分析 |
| 4.3.4 裂缝开展情况分析 |
| 4.4 打印龟壳与真实龟壳试验结果对比分析 |
| 4.5 巴西红耳龟龟壳材料组构试验 |
| 4.5.1 试验目的 |
| 4.5.2 试验概况 |
| 4.5.3 试验结果及分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 龟壳仿生拱桥方案及拓扑优化 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 龟壳结构数值分析与拓扑优化 |
| 5.2.1 龟壳结构数值分析 |
| 5.2.2 龟壳结构拓扑优化 |
| 5.3 仿生拱桥结构方案设计 |
| 5.3.1 龟壳外形仿生设计 |
| 5.3.2 加强肋仿生设计 |
| 5.3.3 椎骨、肋骨仿生设计 |
| 5.3.4 甲桥仿生设计 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 仿生拱桥结构特性数值分析 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 模型建立 |
| 6.2.1 原型简介 |
| 6.2.2 模型尺寸确定 |
| 6.2.3 建模的方法与步骤 |
| 6.3 仿生拱结构与常规拱结构体积对比 |
| 6.4 单位荷载下仿生拱结构与常规拱结构对比分析 |
| 6.5 仿生拱桥结构数值结果对比分析 |
| 6.5.1 应力分析 |
| 6.5.2 应变分析 |
| 6.5.3 挠度分析 |
| 6.6 本章小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 主要结论 |
| 7.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表论文及参与项目 |
（7）基于仿生理念的陶瓷陈设品设计研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景 |
| 1.2 研究目的及意义 |
| 1.2.1 研究目的 |
| 1.2.2 研究意义 |
| 1.3 国内外相关研究现状 |
| 1.3.1 国外研究现状 |
| 1.3.2 国内研究现状 |
| 1.4 研究内容与方法 |
| 1.4.1 研究内容 |
| 1.4.2 研究方法 |
| 第2章 仿生理念和陶瓷陈设品设计的基础理论解析 |
| 2.1 仿生相关的理论解析 |
| 2.1.1 仿生学 |
| 2.1.2 仿生理念 |
| 2.1.3 仿生设计 |
| 2.2 陶瓷的基本理论解析 |
| 2.2.1 陶瓷和陶瓷器的概念 |
| 2.2.2 陶瓷的类型 |
| 2.2.3 陶瓷文化 |
| 2.3 陈设品的基本理论解析 |
| 2.3.1 陈设品的含义 |
| 2.3.2 陈设品的类型 |
| 2.3.3 陈设品的作用 |
| 2.4 陶瓷陈设品的基本理论解析 |
| 2.4.1 陶瓷陈设品的概念 |
| 2.4.2 陶瓷陈设品的特征 |
| 2.5 仿生理念对陶瓷陈设品的影响 |
| 2.5.1 设计思维的科学化 |
| 2.5.2 设计造型的自然化 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 基于仿生理念的陶瓷陈设品设计原则 |
| 3.1 一般性原则 |
| 3.1.1 可行性与功能性原则 |
| 3.1.2 艺术性与技术性原则 |
| 3.2 最佳化原则 |
| 3.2.1 模本重构的最佳化 |
| 3.2.2 整体关系的最佳化 |
| 3.2.3 展陈功效的最佳化 |
| 3.3 生态化原则 |
| 3.3.1 材料选用的生态化 |
| 3.3.2 成型工艺的生态化 |
| 3.3.3 烧制过程的生态化 |
| 3.4 自然化原则 |
| 3.4.1 模本选用的自然化 |
| 3.4.2 秩序美感的自然化 |
| 3.4.3 肌理效果的自然化 |
| 3.5 数字化原则 |
| 3.5.1 模本分析的数字化 |
| 3.5.2 模本重构的数字化 |
| 3.5.3 形态推演的数字化 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 仿生陶瓷陈设品设计和制作的程序及方法 |
| 4.1 分析仿生模本 |
| 4.1.1 表象分析 |
| 4.1.2 隐喻分析 |
| 4.1.3 数理分析 |
| 4.2 重构仿生模本的特性结构 |
| 4.2.1 仿生模本特性结构的记录 |
| 4.2.2 仿生模本特性结构的提取 |
| 4.2.3 仿生模本特性结构的简化 |
| 4.2.4 仿生模本特性结构的模拟 |
| 4.3 陶瓷陈设品坯体的制作 |
| 4.3.1 运用捏塑成型方法进行坯体制作 |
| 4.3.2 利用注浆成型方法进行坯体制作 |
| 4.3.3 利用3D打印成型方法进行坯体的制作 |
| 4.4 仿生陶瓷陈设品的烧制 |
| 4.4.1 装窑 |
| 4.4.2 烧窑 |
| 4.4.3 出窑 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 仿生陶瓷陈设品设计实践 |
| 5.1 原材料的选择 |
| 5.2 分析和重构仿生模本 |
| 5.3 制造工艺与方法的优选 |
| 5.4 仿生陶瓷陈设品的制作和烧制 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的学术论文 |
| 攻读学位期间发表的专利 |
| 攻读硕士期间的获奖情况 |
| 致谢 |
| 设计学毕业设计/创作报告书 |
（8）基于轻武器发射的四足机器人设计与分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的与意义 |
| 1.1.1 课题背景 |
| 1.1.2 研究的目的与意义 |
| 1.2 四足机器人的研究现状 |
| 1.2.1 国外四足机器人的研究现状 |
| 1.2.2 国内四足机器人的研究现状 |
| 1.3 论文的主要内容及章节安排 |
| 2 四足机器人仿生行走机构的研究与建立 |
| 2.1 行走机构仿生研究基础 |
| 2.1.1 仿生学研究概述 |
| 2.1.2 四足机器人行走机构仿生设计对象的选择 |
| 2.2 马行走机构的仿生学研究 |
| 2.2.1 马的骨骼解剖 |
| 2.2.2 马的常见步态 |
| 2.3 四足机器人仿生行走机构的结构模型 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 基于轻武器发射的四足机器人的结构设计 |
| 3.1 四足机器人的总体性能要求与指标 |
| 3.1.1 整机分类与动力选择 |
| 3.1.2 搭载武器的选择 |
| 3.1.3 整机尺寸要求 |
| 3.1.4 四足机器人的设计目标 |
| 3.2 四足机器人的腿部比例的确定 |
| 3.2.1 运动足单腿数学模型 |
| 3.2.2 基于Matlab的腿部比例参数确定 |
| 3.3 基于轻武器发射的四足机器人结构设计 |
| 3.3.1 结构件建模和材料的选取 |
| 3.3.2 四足机器人武器夹持与击发机构的设计 |
| 3.3.3 四足机器人机体的设计 |
| 3.3.4 四足机器人机械腿的设计 |
| 3.3.5 四足机器人的整机装配 |
| 3.4 四足机器人的静力学计算与电机选型 |
| 3.4.1 四足机器人静态受力分析 |
| 3.4.2 步行机构驱动电机的选型 |
| 3.5 主要零部件的有限元分析 |
| 3.5.1 有限元分析方法简述 |
| 3.5.2 有限元分析实例 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 四足机器人的运动学分析 |
| 4.1 D-H空间坐标系与机器人运动学模型的建立 |
| 4.1.1 D-H方法的选择 |
| 4.1.2 D-H空间坐标系的建立 |
| 4.1.3 基于D-H方法的机械腿单腿连杆变换通式 |
| 4.1.4 四足机器人的正运动学模型 |
| 4.1.5 四足机器人的逆运动学推导 |
| 4.2 基于Matlab的机械腿建模与运动学分析 |
| 4.2.1 基于RTB工具箱的四足机器人机械腿建模 |
| 4.2.2 基于RTB的机械腿正运动学验证 |
| 4.2.3 基于RTB的机械腿逆运动学验证 |
| 4.2.4 RTB环境中基于蒙特卡洛法的足端工作空间计算 |
| 4.3 雅可比矩阵与机械腿的轨迹规划 |
| 4.3.1 雅可比矩阵的一般推导 |
| 4.3.2 基于RTB工具箱的机械腿路径和轨迹规划 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 四足机器人的动力学分析与虚拟样机仿真 |
| 5.1 机器人动力学的基本理论 |
| 5.2 基于拉格朗日法的机器人动力学方程 |
| 5.3 基于ADAMS的四足机器人虚拟样机建立 |
| 5.3.1 虚拟样机技术简介 |
| 5.3.2 四足机器人三维模型的简化与导入 |
| 5.3.3 模型相关参数设置 |
| 5.3.4 四足机器人虚拟样机的建立 |
| 5.4 基于轨迹规划的单机械腿运动仿真 |
| 5.4.1 基于轨迹规划的样条曲线建立 |
| 5.4.2 机械腿的运动仿真与结果分析 |
| 5.5 基于trot步态的整机运动仿真 |
| 5.5.1 步态的常用参数 |
| 5.5.2 trot步态的相位特征 |
| 5.5.3 虚拟样机的驱动函数设置 |
| 5.5.4 整机trot步态的运动仿真与结果分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录A |
| 附录B |
（9）柑橘采摘机器人咬合式末端执行器关键技术研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| 英文摘要 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究的目的与意义 |
| 1.2 国内外研究现状分析 |
| 1.2.1 机器分离作物果柄与果实方法研究现状 |
| 1.2.2 农作物茎秆切割特性国内外研究现状 |
| 1.2.3 采摘机器人末端执行器国内外研究现状 |
| 1.2.4 球类果实采摘机器人国内外研究现状 |
| 1.3 面临的主要问题 |
| 1.4 本文研究内容 |
| 1.5 本章小结 |
| 2 果园自然环境柑橘果柄采摘剪切模型及影响参数研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 果园自然环境柑橘果柄剪切模型研究 |
| 2.2.1 果园自然环境下机器人收获柑橘的基本方案 |
| 2.2.2 柑橘果柄剪切效果的影响因素 |
| 2.2.3 采摘坐标系建立与柑橘果柄空间方位描述 |
| 2.2.4 建立果园自然环境柑橘果柄采摘剪切模型 |
| 2.3 剪切模型参数对剪切效果的影响规律研究 |
| 2.3.1 试验与数据处理方法 |
| 2.3.2 试验平台与样本 |
| 2.3.3 各参数对剪切效果影响规律 |
| 2.3.4 试验结果分析与归纳 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 仿蛇嘴咬合式末端执行器的设计与采摘姿态研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 仿蛇嘴咬合式末端执行器咬合机构设计 |
| 3.2.1 咬合式末端执行器设计的目标和要求 |
| 3.2.2 咬合式末端执行器的提出与蛇头骨结构分析 |
| 3.2.3 蛇头骨骼机构的简化和仿蛇嘴咬合机构的设计 |
| 3.3 仿蛇嘴咬合式末端执行器的设计 |
| 3.3.1 仿蛇嘴咬合式末端执行器的初步设计 |
| 3.3.2 咬合式末端执行器机构尺寸的确定 |
| 3.3.3 咬合式末端执行器运动学分析 |
| 3.3.4 咬合式末端执行器动力学分析及气缸选型 |
| 3.3.5 咬合式末端执行器运动学仿真及样件 |
| 3.4 柑橘采摘机器人采摘姿态研究 |
| 3.4.1 末端执行器位姿描述 |
| 3.4.2 建立采摘姿态评估函数 |
| 3.4.3 求解评估函数 |
| 3.5 咬合式末端执行器和最佳采摘姿态实验室环境下的验证 |
| 3.5.1 搭建实验室环境下的实验平台 |
| 3.5.2 咬合式末端执行器实验室环境下的验证 |
| 3.5.3 最佳采摘姿态实验室环境下的包含验证 |
| 3.5.4 实验结果分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 咬合式末端执行器的优化与验证 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 咬合式末端执行器结构优化 |
| 4.2.1 优化的目标及约束条件 |
| 4.2.2 优化过程 |
| 4.2.3 优化结果分析 |
| 4.3 优化后的咬合式末端执行器的运动学和动力学分析 |
| 4.3.1 运动学分析 |
| 4.3.2 动力学分析 |
| 4.4 优化后的咬合式末端执行器实验室环境下验证 |
| 4.4.1 优化后的咬合式末端执行器样机 |
| 4.4.2 末端执行器对不同果柄偏角的剪断实验 |
| 4.4.3 末端执行器对不同果柄倾角的剪断实验 |
| 4.4.4 机械臂采摘路径规划成功率实验 |
| 4.4.5 实验结果分析与归纳 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 集成咬合式末端执行器的柑橘采摘机器人系统及控制方法 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 集成咬合式末端执行器的柑橘采摘机器人系统 |
| 5.2.1 柑橘采摘机器人系统组成 |
| 5.2.2 柑橘采摘机器人的控制系统 |
| 5.3 集成咬合式末端执行器的柑橘采摘机器人采摘控制方法 |
| 5.3.1 集成咬合式末端执行器的机械臂正逆运动学分析 |
| 5.3.2 采摘机器人机械臂关节空间轨迹规划 |
| 5.3.3 采摘机器人机械臂与视觉模块的坐标转换 |
| 5.3.4 机械臂逆运动学解选择与多果采摘序列规划方法 |
| 5.4 柑橘采摘机器人采摘实验验证 |
| 5.4.1 实验室环境下的多个果实采摘序列规划实验 |
| 5.4.2 果园自然环境下的单个果实采摘实验 |
| 5.4.3 果园自然环境下的多个果实采摘实验 |
| 5.4.4 实验结果分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 论文创新点 |
| 6.3 工作展望 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| A.作者在攻读学位期间发表的论文目录 |
| B.作者在攻读学位期间获得专利情况 |
| C.作者在攻读学位期间主持和参与的科研项目 |
| D.学位论文数据集 |
| 致谢 |
（10）输电铁塔仿蚕攀爬机器人的设计与分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 变量注释表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题来源 |
| 1.2 课题研究目的及意义 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.4 课题主要研究内容和创新点 |
| 2 仿生理论及仿蚕攀爬机器人模型建立 |
| 2.1 攀爬机器人工作环境 |
| 2.2 机器人作业内容及功能要求 |
| 2.3 仿生设计方法及理论研究 |
| 2.4 蚕仿生模型的建立 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 攀爬机器人结构设计及静力学分析 |
| 3.1 攀爬机器人的系统组成 |
| 3.2 攀爬机器人机械结构设计 |
| 3.3 攀爬机器人静力学分析 |
| 3.4 攀爬机器人关键结构有限元分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 攀爬机器人空间运动学分析 |
| 4.1 位姿描述和齐次变换 |
| 4.2 攀爬机器人运动学分析 |
| 4.3 攀爬机器人的雅可比矩阵 |
| 4.4 攀爬机器人工作空间分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 攀爬机器人动力学分析及仿真 |
| 5.1 动力学建模方法 |
| 5.2 基于Lagrange函数的攀爬机器人动力学建模 |
| 5.3 攀爬机器人的运动学和动力学仿真分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 总结和展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
| 致谢 |
| 学位论文数据集 |
四、仿生学原理在机械设计中的应用（论文参考文献）
- [1]基于张拉整体结构的仿生水母设计[D]. 张泽. 长春工业大学, 2021(08)
- [2]材料、形态耦元对20CrMnTi钢滚动疲劳磨损性能的影响[D]. 王思杨. 吉林大学, 2020(01)
- [3]鳄鱼吻部的力学特性分析及其仿生设计[D]. 裴雨蒙. 桂林电子科技大学, 2020(02)
- [4]输电铁塔攀爬机器人的设计与分析[D]. 张聪. 山东科技大学, 2020(06)
- [5]基于张拉机构的仿生上肢前臂设计方法[D]. 曹学敏. 长春工业大学, 2020
- [6]基于龟壳的拱桥仿生设计研究[D]. 侯居光. 重庆交通大学, 2020(01)
- [7]基于仿生理念的陶瓷陈设品设计研究[D]. 杨晴雅. 哈尔滨理工大学, 2020(02)
- [8]基于轻武器发射的四足机器人设计与分析[D]. 薛昂. 南京理工大学, 2020(01)
- [9]柑橘采摘机器人咬合式末端执行器关键技术研究[D]. 王毅. 重庆大学, 2019
- [10]输电铁塔仿蚕攀爬机器人的设计与分析[D]. 杨世强. 山东科技大学, 2019(05)