摘要：通过对蝗虫蹬腿跳跃方式的模拟,研制了一种新型的可连续跳跃的机器人。在研究起跳过程能量转换机制的基础上,设计了扭簧弹跳机构。扭簧在减速电机和机身轨道的共同作用下,完成连续的腿部收缩和起跳过程,同时可以实现稳定着陆以保证多次跳跃。为进一步增强跳跃机器人在不同表面起跳的适应能力,通过建立蝗虫钩爪的抓附模型,分析了蝗虫在不同粗糙度表面起跳中脚垫与钩爪的协同作用,设计了黏附垫与钩爪共同作用的仿生跳跃底座结构。

摘要：壁虎具有在各种表面(如地面、墙面、天花板)上运动的超凡能力。根据大壁虎的脚趾结构及其粘附方式,模拟大壁虎脚趾,设计具有微小粘性褶皱和柔性悬臂结构的仿壁虎脚趾。用多用途摩擦粘附性能试验台,测定仿壁虎脚趾的粘附性能,即仿壁虎脚趾最大拉伸粘附力大小与粘附次数、拉伸角度、粘附轨迹等参数的关系。试验表明模拟壁虎脚趾研制的新型粘附脚趾具有和生物壁虎脚趾相近的粘附力学特性。将此脚趾用于仿壁虎机器人,成功地实现了仿壁虎机器人的90o爬壁。

摘要：在经过长达百万年的进化过程中,甲虫类生物材料形成了具有优异力学性能的优化的结构设计,精巧而强韧的材料拓扑几何和满足多功能需求的表面结构,成为当今材料仿生学新的研究对象之一。本文中从仿生学的角度出发,对甲虫生物材料的微细结构、力学性能测试、功能形态学及材料几何构型拓扑等方面,回顾了近年来国内外对甲虫的脚爪、鞘翅及飞行翅等甲虫生物材料的研究状况和进展,并探讨了在各项研究中存在的问题及今后该领域的重点研究方向。

摘要：基于对壁虎爬行运动的研究,提出一种四足仿壁虎爬壁机器人.对其机械结构、运动学、足端工作空间和越障能力进行了分析,规划了两种爬行步态,并针对实验中出现的过驱动问题进行了分析,设计了一种多关节协调控制算法.实验结果表明,使用该控制算法的机器人运动是协调稳定的,验证了分析结果的正确性和控制算法的有效性.

摘要：研究了4种甲虫(白星花金龟、东方龙虱、独角仙、毛黄鳃金龟)鞘翅的材料力学参数及其微结构。鞘翅截面微观结构观察表明,这4种甲虫鞘翅均由鞘翅背壁、中空夹芯层和鞘翅腹壁构成,背、腹壁之间由桥墩状几丁质纤维空心柱体结构连接,两鞘翅间以凹凸啮合结构联接。用纳米压痕仪测得这4种甲虫鞘翅背壁致密层的弹性模量均值分别为9.08、8.21、4.76、6.00 GPa,硬度分别为0.44、0.48、0.18、0.18 GPa。用多功能材料性能实验机测定白星花金龟、东方龙虱、独角仙鞘翅之间的联接强度分别为46.43、7.38、11.34 mN/mm。该研究为轻质结构的设计提供了仿生学基础。

摘要：现代装备日益庞大、复杂,各分系统和模块间形成大量结构形状复杂的狭小空间,检测此类狭小空间内的设备状态对保障系统安全、降低运营成本具有重要意义.受壁虎能够在狭小空间顺利攀爬运动的启发,我们发明了仿壁虎匍匐运动机构和黏附脚掌,这种机器人在狭小空间,特别是宽度受限空间的运动稳定性为机器人运动规划的核心问题.本文研究宽度受限情况下匍匐式四足机器人的运动稳定性,作为对比,同时研究非受限情况下匍匐四足机器人的稳定运动设计.本文提出了一种保障运动稳定的重心轨迹规划方法,结合纵向稳定裕度和静态稳定区域方法,使用双支撑三角形减少支撑区域的约束条件,保留前向边界和后向边界的稳定裕度计算以简化步骤,提高了稳定裕度计算和重心轨迹规划的效率;提出在宽度受限情况下匍匐式四足机器人的运动策略,四肢向内收拢适应宽度受限约束,分析受限宽度下机器人的稳定裕度和最大步长.实验验证了该机器人在受限空间前向和横向运动的稳定性及运动控制方法.

摘要：在深入观察分析壁虎爬行步态的基础上，针对其非连续约束变结构运动特点，进行了新型仿壁虎机器人的运动学分析，设计了一种前脚掌姿态和落点位置参数可调的仿生多步态规划方法，以弥补现有的步态规划方法中存在的运动协调性差、适用面窄等不足。基于Matlab软件平台开发了仿生步态规划程序，分析比较了仿壁虎机器人在对角和三角步态下的仿真实验结果，结果表明，仿壁虎机器人运动协调稳定，能够实现不同环境下的步态要求，验证了仿生步态规划方法的正确性和可行性，为基于不同环境下多步态数据生成奠定了基础。

摘要：分析了仿壁虎机器人机构,建立机器人单腿的运动学模型,并通过代数法求逆解。静态标定三维力传感器并计算分析了传感器解耦矩阵,设计了力信号放大和滤波电路。建立足端黏附材料的弹簧模型,采用增量式关节运动方式,设计了足端三维力反馈控制算法。在Quanser的半实物仿真平台上验证了三维力反馈控制算法。实验表明仿壁虎机器人对足端三维力控制性能良好,三维力反馈控制算法可行,为具有力感知的仿壁虎机器人实现爬壁运动奠定了实验基础。

摘要：失重环境下固体间的稳定接触是空间站舱内外航天员作业、在轨维修、空间碎片捕获等任务面临的共性问题,基于范德华力机制的刚毛黏附材料为解决上述问题提供了可能.本文介绍使用仿生高分子黏附结构研制仿壁虎机器人脚掌所面临的问题.用仿壁虎腿机构构成的黏附性能试验台,研究了黏附脚掌的刚度、尺寸和黏附轨迹与黏附力、实际接触面积间的关系,确定了脚掌黏附过程的稳定边界.用重力补偿法模拟整体失重环境,设计了脚掌黏脱附轨迹并实现了仿壁虎机器人在整体失重情况下的稳定黏附运动,为在轨微重力环境下仿壁虎机器人的黏附运动提供了基础数据.

摘要：壁虎的脚掌上具有脚爪和刚毛两种附着器官,两种器官具有不同的附着机制,二者协同作用使壁虎具有在任意粗糙度的竖直墙面和天花板上自如运动与附着的能力.将壁虎脚掌上的脚爪去除后,放置在14种不同粗糙度的竖直的砂纸表面,以研究壁虎仅依靠刚毛时的附着能力.研究结果表明,仅仅依靠刚毛附着时,壁虎在各类砂纸表面的滑移速度、内收速度等存在差异性.滑移速度随着砂纸表面上颗粒直径与间距比值增大而减小,表面粗糙度并不是影响黏附性能的直接原因,其黏附性能由刚毛尖端末梢与砂纸表面的接触面积决定.研究壁虎脚掌刚毛在不同粗糙度的竖直表面的黏附性能,可以为设计基于仿壁虎刚毛黏附的爬壁机器人提供参考.