仿生机械学 第2版 课件 绪论

仿生机械学Biomechanics

绪论第一节仿生学概述模仿生物特征建造技术系统，或者使人造技术系统具有类似生物特征的科学，称为仿生学。一、仿生学的基本概念或者说，仿生学是模仿生物特性的科学。例如：模仿生物运动特性，设计制造陆地步行机械、爬行机械，天空飞行机械，水中游动机械等许多仿生机械。第一节仿生学概述

绪论仿陆地步行的机械：仿陆地爬行的机械：六足步行机器人仿人步行机器人仿鸟步行机器人四足步行机器人八足步行机器人仿生机器蛇仿生壁虎仿生蝎子仿生蚯蚓仿生蜘蛛第一节仿生学概述

绪论仿天空飞行的机械仿水中游动的机械仿生鸟仿生蝴蝶仿生苍蝇仿生蜻蜓各种仿生鱼仿生水母仿生墨鱼仿生鳐鱼利用仿生学原理设计的仿生机械实例还有很多，这里仅仅例举了运动学仿生的几个实例。第一节仿生学概述5绪论二、仿生学的分类仿生学是一门新兴学科，分类方法没有统一的规定力学仿生仿生学分子仿生能量仿生信息控制仿生生物学家把仿生学纳入生物学的分支，分类为第一节仿生学概述1、生物学家的分类法6绪论2、工程学家的分类法工程学家按照不同学科把仿生学分类为：化学仿生电子仿生仿生学建筑仿生机械仿生医学仿生材料仿生信息控制仿生本教材采用工程学科分类法实际研究工作中，各个学科经常互相交叉。如仿生人工心脏，仿生假肢等，是典型的仿生机械，但也是仿生医学的研究内容。例如：第一节仿生学概述绪论仿生心脏是仿生机械学、仿生医学及控制学的交叉学科研究结果仿生假肢是仿生机械学、医学及材料科学的交叉研究成果心脏仿生心脏第一节仿生学概述仿生手仿生脚仿生关节仿生下肢仿生上肢

绪论第二节仿生机械学的研究内容、目的与意义1、仿生机械学的概念：研究用机械装置或机电装置模仿生物体的结构、功能与运动特性，从而设计出具有生物特征的机械系统的学科。一、仿生机械学例如：模仿生物运动特性，设计“陆地步行机械、爬行机械，天空飞行机械，水中游动机械，人工关节、各类机电假肢等”，都是典型的仿生机械学研究内容。第二节仿生机械学的研究内容，目的与意义绪论2、仿生机械学的内容第二节仿生机械学的研究内容，目的与意义仿生机械学第三篇仿生机械设计与分析第六章仿动物步行的机械及其设计第一篇仿生学综述第二章仿生学简介第一章生物学基础第二篇机械学基础第四章机械运动学基础第三章机械结构学学基础第五章机械力学基础第七章仿动物爬行的机械及其设计第八章仿动物飞行的机械及其设计第九章仿动物水中游动的机械及其设计第十章仿人体组织结构的机械及其设计第十一章仿生机器人的感觉系统

绪论1、为设计具有生物特征的特定机械奠定理论基础；2、为设计仿生机器人奠定方法基础；3、为创新设计新产品提供形象思维的能力；4、为人类肢体修复奠定技术基础；5、为设计仿真智能机器人奠定基础；二、研究仿生机械学的目的与意义第二节仿生机械学的研究内容，目的与意义绪论人类的许多发明创造得益于对生物特征的观察，由于不掌握仿生学的知识，在科学研究中也走过许多弯路。以下举例说明。1、蝙蝠与雷达2、鱼类与潜水艇3、蜻蜓与机翼颤振4、蜘蛛与液压步行机5、响尾蛇与红外跟踪导弹三、仿生学对工程技术人员的启迪第二节仿生机械学的研究内容，目的与意义绪论嘴发出超声波耳接受超声波(b)图2-6蝙蝠与雷达1、蝙蝠与雷达1893—1922年，俄美科学家先后发现电磁波遇到金属能反射回来；1935—1936年，英国人据此原理发明雷达，并应用到二战中。1940—1945年，科学家发现蝙蝠利用发射和接收超声波定位捕食昆虫；但直到1983年才利用仪器证明蝙蝠利用嘴发射并利用耳朵接收超声波，第二节仿生机械学的研究内容，目的与意义如果早点明白蝙蝠飞行扑食原理。雷达的发明时间就会大大提前。绪论2、鱼类与潜水艇第二节仿生机械学的研究内容，目的与意义1766年，最原始的潜水艇诞生，（加装铅块实现升降）1900年，近代潜水艇诞生，（进排水实现升降）鱼类利用鱼鳔充放气实现升降，已经存在千万年。如果早点发现鱼鳔原理，可使潜水艇的发明少走许多弯路。绪论3、蜻蜓与机翼颤振第二节仿生机械学的研究内容，目的与意义颤振飞机翅膀的颤振可以造成机翼折断，发生多起机毁人亡的事故。经过多年的研究，在机翼两侧加装适当配种，才解决这一共振问题。

在与昆虫学家合作研究时，才发现蜻蜓早在千百万年之前就已经成功解决该问题。原来蜻蜓翅膀进化的翅痣就能解决翅膀的颤振问题。绪论4、蜘蛛与液压步行机第二节仿生机械学的研究内容，目的与意义有腿的动物会行走，主要是依靠肌肉的收缩；蜘蛛的腿是外骨骼结构，腿上没有肌肉，为什么会走路？蜘蛛不是靠肌肉的收缩走路的，而是靠中空型腿中的“液压变化”走路的，液压步行机器人走行原理与蜘蛛走行原理是相似的。绪论5、响尾蛇与红外跟踪导弹第二节仿生机械学的研究内容，目的与意义1937年—1952年，科学家发现并证实响尾蛇具有红外跟踪和定位功能。响尾蛇的眼睛和鼻孔之间有一个颊窝，是热能感受器，能感觉到0.001℃的温度变化。可接收动物身上发出来的红外线，据此对动物跟踪并捕获。美国1949年开始研究，1953年AIM-9红外空空导弹试射成功。绪论第三节仿生学遐想一、研究生物特征，开辟未来1、研究动物冬眠原理，探索人类的冬眠，为治疗某些疾病争取时间；2、研究仿生器官，为实现器官移植服务。3、仿生宠物智能化，解决宠物的饲养问题。4、仿生机械智能化，研制仿生智能机器人；如机器人士兵、机器人教师、机器人工人、机器人服务工作人员等。5、仿生机械智能化、形象逼真化、生理相同，研究高等仿真机器人6、仿生学的发展对人类社会的伦理冲击。第三节仿生学遐想绪论第三节仿生学遐想二、仿生学的发展与人类社会1、仿生学的发展促进各学科的交叉、渗透于融合，形成许多新型边缘学科。如仿生机械学、