摘要：动物运动反力的测定将揭示动物运动过程的力学规律、启发仿生机器人控制设计.用三维力传感器测定虎纹捕鸟蛛水平运动时的三维运动反力,高速摄像分析虎纹捕鸟蛛各步足的功能.结果表明蜘蛛前足支撑相和摆动相不连续,运动方向受到的力始终和运动方向相反,起探测和辅助支撑作用.后足受到的力最大,方向始终和运动方向相同,起主要驱动作用.中间两对足受到的力在支撑相前段与运动方向相反,在支撑相后段与运动方向相同,但侧向力最大,对稳定运动贡献较大.运动中,法向反力显著大于侧向和运动方向的反力,各步足的支撑角变化不大,均在60°—70°间.上述结果表明了蜘蛛运动中各步足力学功能的差异,为启发机器人结构设计、步态规划和控制规律提供了仿生依据.

摘要：利用离子聚合物人工肌肉(IPMC)固有的电致动性能,设计了圆盘形、S形、条形及扇形4种不同结构的致动膜,选择最优结构的驱动膜以驱动微泵。制备了一系列IPMC悬臂梁状致动器,利用激光位移传感器测出不同条件下致动器产生的位移。ANSYS软件下,利用位移推导出IPMC单元体的弯矩,以此计算衡量微泵的体积变化和最大工作压力。同时,分析了泵膜形状、半径、厚度、驱动电压对泵体积变化和工作压力的影响。结果表明:较之于其它3种泵膜,扇形泵膜的体积变化量最大;泵膜半径的增加有利于增大体积变化量;泵膜厚度的增加有利于增加工作压力;适当地增加驱动电压,可同时提高其工作压力和体积变化量。

摘要：用高速摄像得到大壁虎地面、墙面(向上爬行和向下爬行)和天花板自由运动行为。以壁虎肢体上分布的特征标示点建立在体坐标系,研究了步态周期、占空比、身体弯曲位移和身体弯曲角等反映壁虎步态和体态的参数以及在上述4种运动状态下四肢与体态的协调关系。研究表明:大壁虎身体上任意一点在其爬行过程中均作复合运动;大壁虎的身体弯曲位移和弯曲角幅度因所在状态的不同而不同,天花板和墙面垂直向上的弯曲位移相近较另外两者大50%,且前两者的弯曲角幅度较另外两者的幅度分别大55%和40%;大壁虎的身体弯曲位移和弯曲角相位一致,极值出现在支撑相和摆动相过渡时间;大壁虎的身体弯曲位移和弯曲角成线性正比关系,与所在的状态没有关系,线性斜率与大壁虎所在状态以及身体长度有一定关系。上述结果为设计具有柔性躯干,更加灵活高效的仿壁虎机器人的体态和步态规划提供了生物学启示。

摘要：研制中医色诊图像采集系统。整体制作为箱体式上下结构,系统选择色温5 500 K的氙灯模拟日光光源,反射率大于96%的聚四氟乙烯悬浮树脂涂层积分球漫射照明,分辨率为4 752像素×3 168像素的调谐数码相机采集图像。长时间光源稳定性和光线均匀性实验表明:图像采集系统光源稳定性大于99.1%、显色性大于95%,光线均匀性大于98.6%;不同照度下,图像色度偏差小于1.24%;40例中青年和60例老年人面部图像采集实验证明:面部图像采集系统可以用RGB和Lab颜色空间的数据准确定量人脸面部的特征色诊信息,采集的数据可为中医色诊信息的客观化研究提供参考。

摘要：仿壁虎机器人要实现空间三维表面运动能力,对控制系统的智能微小化具有更高要求。本文基于大壁虎的结构和运动特点,设计了一种仿壁虎机器人,其硬件采用以LPC2103为核心的机器人控制系统,利用该芯片的4个定时器,产生12路PWM波控制机器人各关节运动,同时与设计的无线通信模块组成完整的仿壁虎机器人运动控制系统。实验结果表明,仿壁虎机器人的12自由度关节运动控制平稳,能够实现稳定爬壁运动。该仿壁虎机器人控制系统在实时计算能力、存储容量、外设扩展性以及小型化上都有着较好优势。

摘要：慢性电极植入以及无线刺激技术被广泛应用于动物自由活动状态下的脑区功能研究。实现刺激器与脑内植入电极过渡连接的转接装置需固定在颅骨之上。鸟类特殊的骨质构造不利于转接装置的长期固定。以鸽子(Columba livia)为例设计制作了一种用于慢性运动诱导实验的9通道电极转接装置,长12.8 mm、宽9.5 mm、高5.5 mm,重0.42 g;根据鸽子颅骨特点在固定过程中对颅骨表面进行粗糙化处理增加固定时与牙科水泥的接触面积,并选取特定位点拧入螺钉进行固定,有效延长了转接装置的固定时间。经实验验证能够在鸽子头部稳定固定6个月以上,满足鸽子长期运动诱导研究的需求,未对动物正常活动产生影响。该装置及其固定方法亦可为其他小型动物的脑区功能研究提供借鉴。

摘要：轻质材料、结构和联接机构对高性能飞行器的发展具有重要意义.利用组织切片技术和SEM获得鞘翅及其连接部位的几何结构和形貌;建立三维运动行为观测系统研究甲虫鞘翅的展开/闭合运动行为,以求证其运动机构;建立鞘翅联接力的测量装置,以测量鞘翅间的联接力.结果表明:甲虫鞘翅绕一个轴做简单的旋转运动实现展开/闭合运动;鞘翅间的联接力可高达自身体重的160倍;鞘翅间的连接是榫嵌入机构、榫表面的微观织构和锁合解开的角度对联接力影响很大.上述鞘翅轻质结构和联接机构可能对航空航天器的结构和机构设计有启示.

摘要：壁虎在竖直面内不同方向运动时运动行为的观察和运动作用力的测定不仅能揭示出壁虎运动的力学规律,也可以进一步获得仿生机器人控制设计的灵感.用三维力传感器阵列测定大壁虎在竖直面内运动的三维作用力,并结合高速摄像讨论在自下向上,自上向下和自右向左3个不同方向运动时大壁虎的运动行为及其脚掌的功能.结果表明大壁虎的运动速度随步频的提高而增加,但与脚掌的黏附时间与脱附时间无明显相关性.大壁虎各脚掌产生相应的作用力以平衡重力和翻转矩,并为运动提供必要的推力;位于身体质心上方的脚掌在支撑身体、运动驱动、运动平稳等方面都起到关键作用;竖直面内大壁虎在不同方向运动时运动行为和脚掌功能所发生的相应改变,使得大壁虎能够在竖直面上安全高效的自由运动.这一研究对仿壁虎机器人的结构设计、步态规划和控制的选择有所启发和帮助.

摘要：机电液一体化系统是不同领域子系统的综合体,为分析液压四足机器人单腿机电液系统的整体特性,运用软件接口的联合仿真方法对液压四足机器人单腿系统进行机电液一体化建模。在联合仿真平台上,对有无蓄能器两种情况进行仿真比较,显示了蓄能器减小系统压力脉动和稳定系统压力的作用。设计了一种仿生足端轨迹,与现有的基于椭圆的足端轨迹比较,发现在同样的条件下,仿生足端轨迹所需的流量更小。仿真结果对液压四足机器人物理样机设计具有一定指导意义。

摘要：使用自行设计的一种往复运动的微摩擦测试装置，考察不同介质环境下，蛇类表皮及其表皮的摩擦特性。研究结果表明：在干摩擦下，蛇向后运动时的摩擦因数是前向运动的摩擦因数的1．2—4．1倍；在液体环境下向前运动时的摩擦因数是向后运动的摩擦因数的1．2—2．55倍，表现出摩擦各向异性。液体环境下，蛇类自身的分泌物在蛇运动时形成了以边界膜和流体膜为主的混合润滑，且边界膜破裂的概率不大。当蛇表皮面由于弹性变形或其它原因使表面速度随位置而变化时因各断面的流量不同而产生压力流动，从而在液体环境下，向后运动的摩擦力逐渐减小，甚至小于向前运动的摩擦力。