针对弯曲多变的生物管腔,基于腹足动物运动机理,提出一种新型仿生介入机器人.通过理论建模及实验手段,分析管腔内壁表面特性、控制磁流变液固化的磁场强度、管腔蠕动、动压润滑膜减阻效果、直线电机运动方向变化频率对机器人运动性能的影响.结果表明:动压润滑膜能有效减小运动过程中的阻力;管壁内表面特性、控制磁流变液固化的磁场强度是影响机体与管道壁啮合效果的重要因素;直线电机运动方向的变化频率将影响机器人的运动性能;机器人能一定程度顺应管腔的自主或受迫小幅波动;当波动幅度较大时,机器人运动效率将大大降低.

为提高扑翼飞行器的气动效率,分析自然界鸟类翅膀运动机理,设计拍打-折叠运动的仿鸟飞行器机构,实现了仿鸟翅膀“8”字型运动轨迹。区别于传统扑翼飞行器的膜状翼结构,模仿鸟类翅膀羽毛分层结构,研制出羽毛机翼。利用计算流体力学仿真软件XFlow,研究机翼初始迎角,展弦比和扑动频率对折叠翼扑翼飞行器的气动特性影响。实验结果表明机翼初始迎角在5°时取得最大升阻比系数,有利于飞行器快速升空及平飞飞行;扑动频率在4~5 Hz时获得最佳气动效率;机翼展弦比为3,扑翼飞行器获得较优气动性能。羽翼动力折叠翼飞行器成功飞行,为研制机翼多自由度变形仿生机器鸟提供理论上的可行性和有效飞行平台。

气动驱动器作为一种新型的仿生驱动器,可直接驱动、具有较好的柔顺性、清洁、摩擦小、结构简单等优点得到了国内外学者的关注并成功应用到各种机器人上.本文主要介绍了气动驱动器的分类及特点并举例加以说明.

以蝠鲼的躯干和胸鳍的结构与运动原理分析为基础,设计了一款仿生蝠鲼机器人。在保留蝠鲼主要行为参数的前提下,简化了复杂的身体结构。通过控制每个鱼鳍的两个自由度,较为准确地复现蝠鲼的运动状态。建立仿生蝠鲼机器人的控制曲线及表面结构的三维模型,采用Adams软件对其进行机构运动仿真(包括运动、速度及转弯实验),通过仿真来验证机器人结构及运动控制系统的正确性。

设计了一种超薄的新型闭环热管(BLHP),该热管蒸发器部分采用树状仿生微通道代替吸液芯,并在冷端嵌入汽液分离腔。着重研究了30%-70%充液率下BLHP的运行特性和启动特性。试验结果表明:BLHP运行方向为逆时针单向循环;BLHP存在启动温度阀值,不存在启动功率阈值,最低启动温度为36.5℃;充液率70%时热阻最低(低至0.12K/W),启动时间最短(43s);汽液分离腔的“液池效应”具有稳定工质方向和加速启动的作用;热管中树状仿生微通道比并行通道具有更好的抗振荡特性。

仿生非光滑表面的减阻作用由于其在工程中的应用价值而被广泛关注。为了减小油气管道运输摩擦阻力损失,将蚯蚓体表的生物学特征引入管道中,设计了凸包型、凹包型2种非光滑壁面管道。结合理论分析、仿真模拟两种手段研究了仿生管道的高性能机理。通过对比仿生管道与普通管道内流体的流动特性,得到了性能最高的非光滑结构:凸包非光滑内壁管道。该管道相对于普通光滑管道,具有更高的减阻率,运输能量更强,流速更高,可为运输管道仿生减阻的深入分析提供参考。