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ROBOT2016_760-768_蛇怪蜥蜴踏水奔跑机理研究及仿生机构设计_张仲志

第38卷第6期2016年11月机器人ROBOT V ol.38,No.6

Nov.,2016

DOI：10.13973/https://www.wendangku.net/doc/2c2628709.html,ki.robot.2016.0760

蛇怪蜥蜴踏水奔跑机理研究及仿生机构设计

张仲志1，高飞1，宋彬1，郭劭琰1，吕建刚1，马超2（1.军械工程学院车辆与电气工程系，河北石家庄050003； 2.武汉军械士官学校特种车辆教研室，湖北武汉430075）

摘要：蛇怪蜥蜴踏水奔跑过程中，脚掌会在气穴封闭前移出水面，并不断调整姿态适应变化的流场．为分析踏水机理，增加了对出水过程的研究，建立了脚掌进出水流体动力学模型，运用RNG（renormalization group）k-ε湍流方程，结合气穴扩张收缩变化，获得了最优上提时间．进一步针对脚掌姿态调整行为，解析了3维驱动力随入水角度的变化规律，推导了托举力与速度的数学函数，并通过实验初步验证了数值计算模型的正确性．以蛇怪蜥蜴为仿生对象，将脚掌往复踏水转变为叶片旋转击水，设计了水面矢量推进器，增加了驱动力输出维数，建立流体动力学模型，分析了叶片数量对力学性能的影响．进行推进器应用实验，实现了水面平台在10.6?仰角下的滑水航行．

关键词：踏水机理；固液作用；仿生设计；滑水航行

中图分类号：Q811.6，U664.3文献标识码：A文章编号：1002-0446(2016)-06-0760-09

Mechanism Study and Bionic Design of Water Running of Basilisk Lizard ZHANG Zhongzhi1，GAO Fei1，SONG Bin1，GUO Shaoyan1，L¨U Jiangang1，MA Chao2

(1.Department of Vehicle and Electrical Engineering,Mechanical Engineering College,Shijiazhuang050003,China;

2.Department of Special Vehicle,Wuhan Ordnance Petty Of?cer Institute,Wuhan430075,China)

Abstract:When running on water surface,basilisk lizard will pull its foot upward before the air cavity closes and adjust position to adapt to the unsteady?uid?eld.To obtain the mechanism of water running,the hydrodynamic model of foot to enter water and come out of water is presented,in which the coming-out-of-water process is https://www.wendangku.net/doc/2c2628709.html,bined with RNG(renormalization group)k-εturbulence equation,the optimal time of coming-out-of-water is obtained by analyzing expansion and contraction of air cavity.In view of adjustment of foot position,3-dimensional driving forces changing with angle of entering water are analyzed,and the function between lift force and velocity is derived.By experiment,it is validated primarily that the numerical model is correct.For the bionic basilisk lizard,a water surface vector propeller is designed with transforming foot movement into impeller rotation,and the dimension of driving force is increased.The hydrodynamic model of the propeller is established to analyze the in?uence of impeller quantity on mechanical property.In the experiment of propeller application,the water surface device realizes hydroplaning navigation with pitch angle10.6?.

Keywords:mechanism of water running;solid-liquid mutual action;bionic design;hydroplaning navigation

1引言（Introduction）

能够在水面行进的生物体中，质量小于1g的生物依靠表面张力在水面运动，如水黾的跳动、水蜘蛛的行走[1-3]．大多数质量大于1g的生物利用躯体浮力排水运动，如鸭子、麝鼠的游动，运动过程中受到兴波阻力的影响，速度难以提高[4]；而蛇怪蜥蜴通过两脚高频率踏水，能够以大约1.6m/s的速度在水面奔跑[5]．

针对蛇怪蜥蜴的水面高速运动行为，Glasheen 使用高速摄像机捕捉了蛇怪蜥蜴的踏水运动过程，发现了脚掌在气穴封闭之前移出水面的时间关联，并进一步开展了圆盘低速入水实验，获得了气穴闭合时间与圆盘半径的函数关系[6-7]．Hsieh通过图像处理获得了踏水过程中蛇怪蜥蜴重要关节的运动轨迹，并进行了初步的流场分析[8]．White结合刚体动力学、流体动力学和超空泡理论获取了气穴闭合深度的变化规律[9]．Iafrati运用渐近线扩张方法进行了圆盘入水初期水动力的数学推导[10-11]．已开展的踏水运动研究主要分析了运动学特性、入水阶段的力学特性和动力学理论，在此基础上，同时进行了踏水平板单点轨迹拟合的仿生结构

基金项目：国家部委项目（NHA15063）．

通信作者：张仲志，shanshizhi@https://www.wendangku.net/doc/2c2628709.html,收稿／录用／修回：2016-06-01/2016-09-30/2016-10-09

第38卷第6期张仲志，等：蛇怪蜥蜴踏水奔跑机理研究及仿生机构设计761

设计．Floyd基于四连杆机构提出了一种四足水面行走机器人，优化了杆件长度，实现了踏水平板的轨迹控制[12-13]．徐林森设计了一种两足水面行走机器人，提出了对应的CPG（中央模式发生器）模糊控制方法[14]．Kim则进一步扩展了不同结构参数和运动步态的水面行走机器人对比分析[15-17]．本文将增加对脚掌出水阶段的研究，通过数值计算和实验验证，进行踏水运动的整体分析．并进一步以蛇怪蜥蜴为仿生对象，设计水面矢量推进器，开展相关的性能分析和水面平台应用实验．

2踏水奔跑机理（Mechanism of water run-ning）

蛇怪蜥蜴踏水开始时，脚掌平行于水面，如图1(a)所示；然后击打水面，随着脚掌划动有气穴产生，同时脚掌不断调整姿态适应变化的流场，如图1(b)所示；最后，脚掌在气穴崩溃前移出水面，恢复起始动作准备进入下一个周期，如图1(c)所示．

10 cm

(a)(b)(c)

图1蛇怪蜥蜴踏水过程[6]

Fig.1Process of water running of a basilisk lizard

踏水过程中，脚掌的下踏、上提移动与气穴的变化存在显著的时间关联，且伴随着脚掌姿态的不断调整．针对该现象，首先分析上提时间对踏水力学特性的影响，然后以数值方式计算姿态调整的对应规律．

5 cm

2.03 g30.4 g179 g

图2蛇怪蜥蜴脚掌结构图[7]

Fig.2Foot structure of basilisk lizard

包括脚趾在内的脚掌面近似长方形，如图2所示，因此建立长方形平板进出水3维流体动力学模型，如图3所示．围绕大型化工程应用背景，设置平板结构参数：长度为0.12m，宽度为0.08m，厚度为0.02m．流场分为两相，上侧为空气，下侧为水．计算域：长度为4m，宽度为4m，高度为2m；采用局部加密和定向比例增大的方式进行四面体网格划分，平板处网格线长度为0.02m

．

图3平板进出水模型

Fig.3Model of?at plate to enter water and come out of water

因平板进出水过程中周围流体为非定常湍流，数值计算采用RNG k-ε湍流模型[18]，k和ε方程为?(ρk)

?t+

?(ρku i)

?x i=

?x j

[

αkμeff

?x j

]

+G k+ρε(1)?(ρε)

?t+

?(ρεu i)

?x i=

?x j

[

αεμeff

?ε

?x j

]

1ε

G k?C2ερ

ε2

(2)式中，t为时间，ρ为流体密度，μeff为等效黏度，x i、x j为方向标量（i,j=1,2,3），x1、x2、x3分别对应X、Y、Z方向，u i为速度标量（i=1,2,3），u1、u2、u3分别对应X、Y、Z方向，G k为湍动能产生

项，αk、αε、C?

1ε

、C2ε为模型系数．

2.1上提时间

首先进行平板入水分析，获得不同时刻上提所对应的流场环境．平板以1m/s恒速入水，击打液面后，有气穴产生并扩张，水流向外侧涌出，如图4(a)和(b)所示；随着平板进一步下降，水流涌入，气穴瓶颈式收缩，如图4(c)和(d)所示；最后气穴闭合，上侧液面逐渐恢复平静，如图4(e)所示．气穴闭合时间为0.184s，较同速度下半径等于短边长的圆盘入水闭合时间长26%[7]，这是因为圆盘入水时，水流360?涌入气穴，而长方形平板入水时，水流主要从长边侧进入气穴，从短边到达气穴中心距离较远．

在入水流场分析的基础上，以数值方式计算了不同上提时间下，平板从水面上0.05m处下落再回到初始位置的力学特性曲线，如图5所示．平板以1m/s恒速进出水，在水中仅受到竖直方向的托举力（负值时为阻力）．

762机器人2016年11月

向下运动阶段，在水面上，平板只受到空气阻力，数值较小，近似为0；在0.05s时击打水面，产生托举力脉冲；脉冲过后，平板下平面受到的静压力不断增大，托举力缓慢增加；当下降时间稍大于气穴闭合时间，气穴封闭后，水流补入平板上侧，平板上平面静压力增大，托举力突降，如图5(d)中0.214s处所示，然后缓慢振荡减小，与圆盘入水实验变化趋势相同，如图6所示．向上运动阶段，在换向上提的瞬间，产生了阻力脉冲，然后阻力数值逐渐稳定至不同的取值范围，上提时间为0.05s和0.1s时，移出到达水面时阻力近似为0；上提时间为0.15s时，作用力数值出现波动，到达水面时产生了较小的阻力；上提时间大于0.2s后，到达水面时阻力值超过7N，如图5

所示．

(a) t=

0.3 s(b) t=

0.7 s(c) t=

1.1 s(d) t=

1.5 s(e) t=1.9 s

图4气穴两相变化

Fig.42-phase change of air cavity

?t /s

(f) t=0.5 s

0.15 s

?t /s

00.10.20.30.40.5

?t /s

(a) t=0.05 s

(d) t=

0.2 s

?t /s

(b) t=0.1 s

(e) t=0.25 s

图5不同上提时间的平板力学特性曲线

Fig.5Mechanical characteristic curves of?at plate at different time of coming out

? ?

っ к

图6圆盘实验作用力曲线[5]

Fig.6Force curve in disk experiment

取水面上0.01m开始至再次返回此位置时间内

作用力平均值作为特征值，绘制进出水力学性能曲

线，如图7所示．随着上提时间增加，从0.05s至

0.08s，托举力快速上升，从8.84N提高至9.87N，

这是受到水面上0.01m空程的影响；从0.1s至

0.18s，托举力快速下降，这是因为气穴即将闭合，

此时平板上提恰好遇到上方补入的水流，阻力迅

速增加；从0.18s至0.2s，气穴闭合后的流场不稳

定，托举力出现短暂的上升；在0.2s之后，托举力

缓慢减小，上提时气穴已崩溃．

? ?t /s

图7随上提时间变化的力学性能

Fig.7Mechanical property changing with time of coming out

第38卷第6期张仲志，等：蛇怪蜥蜴踏水奔跑机理研究及仿生机构设计763

由图7可得，在0.05s 至0.12s 平板上提，时间最优．所以，在机体可行范围内，在踏水速度不变的情况下，应减小上提时间，即增加踏水频率，已测得蛇怪蜥蜴踏水频率可达5Hz ～8Hz ．

蛇怪蜥蜴经过进化，动作行为适应了自身的动力学需求．为实现踏水奔跑，脚掌并不持续垂直于水面，伴随着姿态调整，下面进一步针对脚掌角度和速度变化对力学性能的影响展开分析．2.2角度

平板倾斜进出水，将同时产生托举力、推进力和转矩．设置0?～90?不同的角度进出水，研究脚

掌转动对力学性能的影响．平板以1m/s 恒速进出水，起始高度为水面上0.1m ，入水后上提时间为0.15s ，其中角度为10?、30?、50?对应的3维力学特性曲线如图8所示．角度为10?时，在0.1s 击打水面，3维驱动力均出现脉冲，如图8(a)所示，在0.25s 平板换向上提，作用力持续振荡至0.275s ，随后数值缓慢减小；随着角度增大，作用力脉冲逐渐减小，换向上提时的数值振荡时间逐渐减少，数值变化更加平滑，如图8(b)和(c)所示，这是因为平板倾斜的缓冲作用，相应的平板入水压力如图9所示．

?t /s

? /N

?t /s ? /N

0.1

0.20.30.4

0.5

1 0.500.51 ?t /s

?? /(N ·m )

?t /s

? /

N ?t /s ? /N

?t /s

?? /(N ·m

)

?t /s

? /

?t /s ? /

?t /s

?? /(N ·m )

(a) θ=10°

(b) θ=30°

图83维力学特性曲线

Fig.8

3-dimensional mechanical characteristic curves

0.20.40

Y /m

X /m 0.2 0.4

0.2

0.400.20.4

/Pa

4000

35003000

2500

2000150010005000 500

1000 1500 2000

2500 3000

0.20.40Y /m

X /m 0.2 0.4 0.2

0.400.20.4 /Pa

4000

35003000

2500

2000150010005000 500

1000 1500 2000

2500 3000

0.20.40Y /m

X /m 0.2 0.4 0.2

0.400.20.4

/Pa

40003500300025002000150010005000 500 1000 1500 2000 2500 3000

(a) θ=10°

(b) θ=30°

图9不同入水角度下的平板压力

Fig.9Pressure of ?at plate under different angles of entering water

764机器人2016年11月

取水面上0.05m 开始至再次返回此位置时间内作用力平均值作为特征值，绘制随角度变化的力学性能曲线，如图10所示．随着角度增大，托举力不断减小，在θ=0?时取得最大值5.49N ；推进力和

对平板中心的转矩先增大后减小，分别在θ=40?和θ=50?时取得最大值1.80N 和0.17N ·m ．综上，以3维驱动力均衡输出为主要需求时，最优入水角度为20?～30?．

40608023456 ≤? θ /(°)

? /N

406080 0.5

00.511.52 ≤? θ /(°)

? /N

4060800

0.050.10.150.2 ≤? θ /(°)

?? /(N ·m )

(a)

(b)

(c)

图10随角度变化的力学性能曲线

Fig.10Mechanical properties changing with angle

2.3

速度

由2.1节可知，上提时间越早，托举力越大，因此设定较小的平板入水深度0.1m ．随着速度变化，平板运动至水下0.05m 时的压力分布如图11

所示．速度为1m/s 时，最大压力达到2500Pa ；速度为2m/s 时，最大压力达到5500Pa ；当速度提高至4m/s 时，最大压力超过18000Pa ，随着速度提高，平板相同位置处的压力不断增大．

0.20

Y /m X /m 0.2

0.2

00.2 /Pa

20000

180001600014000120001000080006000400020001000500

2000 2000 4000

0.20Y /m

X /m 0.2 0.2

00.2 /Pa

20000

180001600014000120001000080006000400020001000500

2000 2000 4000

0.20Y /m

X /m 0.2 0.2

00.2 /Pa

200001800016000140001200010000800060004000200010005002000

2000 4000

(a) v =1 m/s

(b) v =2 m/s

图11不同速度下的平板压力图

Fig.11Pressure of ?at plate at different velocities

取水面上0.01m 开始至再次返回此位置时间内托举力平均值作为特征值，速度从0.5m/s ～5m/s 提高，相应的托举力数据点（v i ，F i ）如图12所示，i =1,2, (7)

? /N

? v /(m·s 1)

图12托举力随速度变化的力学性能曲线

Fig.12Mechanical property curve of lift force changing with

velocity

由数据点，用最小二乘法进行曲线拟合，解析

目标函数min I =7∑

i =1

(F i ?f (v i ))2，得到托举力与速

度的数学函数：

F =3.45v 2+4.40v +2.02

(3)

2.4实验

搭建了双螺纹杆踏水实验系统，实验系统由力传感器、电机、铰接杆、滑块、双螺纹杆、固连杆和平板组成，如图13所示．

设定入水深度为0.1m ，力学特性曲线如图14所示．实验曲线在0.052s 出现托举力脉冲，在0.25s 出现换向上提阻力脉冲，两个脉冲间隔0.2s 时间，入水0.1m ，平均速度为0.5m/s ．入水过程中，气穴扩张、收缩到闭合的过程如图15所示．

第38卷第6期张仲志，等：蛇怪蜥蜴踏水奔跑机理研究及仿生机构设计

765

? ? ? ━ ?? ?

图13踏水奔跑实验系统

Fig.13Experiment system of water running

00.1

0.20.3

0.40.5

20020 ≤ ?t /s

? /N

?? 傼

图14平板踏水数据对比

Fig.14Data comparison of ?at plate treading water

(a)(c)(b)

(d)

图15气穴变化图

Fig.15Variations of air cavity

与0.5m/s 恒速进出水的数值计算对比可得：在0.05s 作用力脉冲后，托举力缓慢上升；在0.25s 换向阻力脉冲后，数值出现振荡，然后先增大再缓慢减小，变化趋势相同，初步验证了数值计算模型的正确性．

双螺纹杆与滑块为滚珠连接，滚珠经过双螺纹的轨道间隔时会产生冲击，所以托举力存在较多振荡起伏；采用铝制平板，因此换向过程中存在惯性力，增大了阻力脉冲．实验数值较小，这是因为双

螺纹杆往复踏水机构采用多级连接，而且轻质碳纤维连杆缓冲了固液作用．

3仿生设计（Bionic design ）

蛇怪蜥蜴踏水奔跑，离不开躯干和尾部的平衡作用，这增加了直接进行两脚往复踏水机构设计的难度，因此首先针对平衡性较好的大方形系数水面装置进行推进器仿生设计．且由2.2节分析可知，

固定角度进出水，能够提供3维驱动力；进一步扩展为变角度进出水，将脚掌往复踏水转变为周期性旋转击水，设计水面矢量推进器，应用于水面装置．

3.1水面矢量推进器

蛇怪蜥蜴踏水能够获得托举力、推进力和平衡转矩，模仿这种运动行为，设计了水面矢量推进器，如图16所示．水面矢量推进器由轮毂、轮辐和叶片3部分组成．模仿股骨在骨盆处的转动，推进器围绕轮轴周期性旋转，图16中

θ1为推进器轮辐转角，θ2为蛇怪蜥蜴盆骨处转角．模仿脚掌与水流的相互作用，叶片与水流产生固液作用，获取托举力、推进力和转矩3

维驱动力．

? θ2

图16水面矢量推进器原理图

Fig.16Principle of water surface vector propeller

设计原理为推进器随水面平台向前运动，推进器叶片在轴心前侧与水流相互作用，踏水获取3维驱动力，并产生气穴，叶片到达轴心后侧出水时位于气穴内部，阻力较小，模拟了蛇怪蜥蜴踏水获取驱动力并尽量减小出水阻力的运动原理，如图17所示．

图17矢量推进器仿生原理图

Fig.17Bionic principle of vector propeller

3.2叶片数量

叶片数量是水面矢量推进器的重要物理参数，影响着击水频率，运用RNG k -ε湍流模型，建立变叶片数量的矢量推进器3维流体动力学模型．其中

766机器人2016年11月

单叶片推进器力学特性如图18所示．相关参数如下：平板叶片长度为0.15m ，宽度为0.055m ，厚度为0.02m ；计算域长度为8m ，宽度为4m ，高度为3m ；转速为60r/min ．

单叶片推进器旋转击水，作用力频率为1Hz ，没有托举力脉冲．这是因为转动初始时刻，叶片以大角度入水，由2.2节可知此时无托举力脉冲，待

叶片下一周期再次击水时，液面已恢复平静．随着叶片数量增加，一个叶片入水后，水面出现气穴，在下一个叶片入水时，因二者时间间隔较短，液面来不及恢复，叶片拍击在气穴壁上，出现了托举力脉冲．图19显示了四叶片矢量推进器的数值计算与实验曲线，每个托举力波峰初始部分都存在作用力脉冲．

0.5

1 1.52

202468 ?t /s ?? /(N ·m )

(c)

0.5

1 1.5

2 40

2002040 ?t /s ? /N

(a)

00.5

1 1.52

02040 ?t /s ? /N

(b)

图18单叶片推进器力学特性曲线

Fig.18

Mechanical characteristic curves of propeller with one impeller

0.2

0.40.60.81 10

010203040 ?t /s

? /N

???傼

0.2

0.40.60.81

010203040 ?t /s

? /N

???傼

图19试验与数值计算数据对比

Fig.19Data comparison between test and numerical

calculation

? ? /?

? /N

(a)

? ? /?

? /N

(b)

? ? /?

?? /(N ·m )

(c)

图20力学性能随叶片数量变化曲线

Fig.20Mechanical properties changing with quantity of impeller

图21不同叶片数量的推进器转动两相变化

Fig.212-phase change of propeller rotation with different quantity of impeller

第38卷第6期张仲志，等：蛇怪蜥蜴踏水奔跑机理研究及仿生机构设计767

四叶片推进器托举力试验平均值为9.16N，推进力试验平均值为15.18N；托举力数值计算平均值为11.32N，推进力数值计算平均值为12.99N．托举力试验值较数值计算值小19.08%，推进力试验值较数值计算值大14.42%．试验数据与数值计算结果误差在合理范围内，验证了数值计算模型的正确性．

随着叶片数量由1个增加至24个，力学性能变化曲线如图20所示．托举力从1个叶片时的4.04N 单调递增至15个叶片时17.29N；推进力先增加后减小，从1个叶片时的6.07N，增加至10个叶片时的22.14N，然后降至15个叶片时的15.94N；转矩先增加后减小，从1个叶片时的2.17N·m，增加至10个叶片时的9.98N·m,然后降至15个叶片时的8.77N·m．

推进力和转矩先增大后减小的原因是：初始时刻，同转速下，随着叶片数量增多，固液相互作用次数增加，所以作用力增大；随着叶片数量进一步增多，相邻两个叶片与水流相互作用的时间间隔减小，前一个叶片作用后，水流来不及恢复，下一个叶片已运动至相应位置，叶片行进区域内的水流减少，相互作用变弱，所以作用力减小，推进器转动时水面气液两相分布如图21所示．综上，转速为60r/min，以推进器3维作用力均衡输出为主要需求时，最优叶片数量为10个．

3.3水面运动平台实验

为应用水面矢量推进器的3维驱动力输出特性，将推进器装配于大方形系数的水面平台．新型水面平台由长方体主体和一对矢量推进器组成，推进器轮轴位于中后部，实验样机如图22(a)所示．螺旋桨推进和喷水推进是通用的水面平台推进方式，主要提供1维推进力[19]．矢量推进器在推进力输出的基础上，增加了托举力和转矩输出，托举力减小了车体吃水深度，转矩维持了车体相对水面的仰角，实现了水面平台高速艇式的滑水航行，如图22(b)所示．滑水是水面平台运动的高速航态[20]，因此，推进器驱动平台实现滑水航行，为提高大方形系数水面装置的速度提供了新思路．运用陀螺仪和加速度计获取了平台的仰角变化曲线，如图22(c)所示，滑水过程中平均仰角为10.6?

．

(a)(b)(c)

024681012

(

)

?t /s

图22水面平台航行试验

Fig.22Navigation experiment of the water surface platform

4结论（Conclusion）

针对蛇怪蜥蜴踏水高速运动行为，增加了对出

水过程的分析，进行了踏水机理研究、数值计算和

实验验证；并进一步开展了水面矢量推进器仿生设

计和性能分析；最后，进行了水面平台航行实验．

得到结论如下：

(1)通过数值计算获得了长方形平板进出水运

动的最优上提时间为0.05s～0.12s，最优入水角

度为20?～30?，以及托举力与速度的函数关系．搭

建了双螺纹杆踏水实验系统，初步验证了数值计算

模型的正确性．

(2)设计了水面矢量推进器，实现了托举力、推

进力和转矩3维驱动力输出．转速为60r/min时，

托举力随着叶片数量增加而增大，推进力和转矩随

着叶片数量增加先增大后减小，最优叶片数量为10

个．

(3)将矢量推进器应用于大方形系数的水面平

台，实现了10.6?仰角的滑水航行．

参考文献（References）

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作者简介：

张仲志（1989–），男，博士生．研究领域：水面运动机理分析，仿生机器人．

焊接小车行走机构设计

设计题目:焊接小车行走机构设计设计内容和要求: 1、了解自动焊接小车的设计过程。 2、会使用CAD绘图软件，绘制总图和零件图。 3、了解焊接设备的设计思路和一般方法。 4、培养撰写论文的能力。目录一自动焊接技术简述： 1. 自动焊接技术 2. 电气立焊的特点 3. 电气立焊的原理 4. 电气力焊的种类举例 5. 自动焊接小车组成部分二设计部分 1. 小车行走轨道的作用分析 2. 小车行走轨道主要部件分解 3．小车行走轨道的设计内容三图纸部分（略）自动焊接小车行走机构一自动焊接技术 1.1自动焊接技术：由于焊接技术是基于多学科交叉融合的产物，随着现代科学技术成果的不断涌现，必将推动焊接技术更新发展。除了物理、化学、材料、力学、冶金、机械、电子学等学科的新发展将会推动焊接新材料、新工艺的不断出现外，计算机、控制理论、人工智能

等信息科学领域的新进展将进一步将焊接工艺实现的手段推进到自动化、机器人化和智能化的新阶段，进而实现用机器来代替人焊接。 1.2电气立焊的特点：电气立焊是近年来迅速发展的一项特种焊接技术，其特点是根据不同工件要求可以订做焊接小车，移动和操作简便，非熟练工人也可以进行焊接，体积小，重量轻，焊接角度可以调节。适用于多种焊接工艺，如普通的角焊、对焊、横焊、立焊、仰焊等，尤其适用于背板焊接，安装拆卸方便简单，可以进行单面焊，也可以进行双面同时焊接，采用双面同时焊接时焊接可以减少变形，焊接质量较好。是以后焊接技术的又一发展趋势之一。 1.3电气立焊的原理：电气立焊的原理为小车上有强力磁铁，焊接时小车沿轨道行走，轨道上有齿条机身利用蜗轮蜗杆原理传动与轨道齿条配合完成移动动作，控制系统内安装有光电感应停止开关，焊接到工件末端，当光电敢于开关脱离工件时小车会自动停止工作，便于工人同时操作多台机器设备。 1.4电气力焊的种类举例: CS-8（U型件双面焊自动小车）特点:

香水包装中的仿生设计

香水包装中的仿生设计仿生设计的魅力在于，借助艺术想象，对生活原型进行取舍、提炼后，再进行创造性摹拟，创造一切条件，打开想象大门，抛弃陈规戒律，打破司空见惯，出奇不意，惊世骇俗，让人油然而生购买的冲动。所以，利用香水包装富于人性化和个性化的特点，借鉴富有美感的自然有机的生命形态，使香水容器结构大胆、创意非凡，既符合设计主题的定位，同时也能达到一种形式美的效果。 1 仿生设计自然界是最伟大的造型师，生物学提供了“形态学”的概念，由此在设计领域有了仿生的概念。以前，很多包装容器都是抽象几何形态，但是，如将自然生命形态融入新型包装，原来的几何线条将逐渐演变为柔和圆润﹑厚重饱满的有生命的线条，产品被赋予了“动”的神态，使“动”魅力在包装中得到酣畅淋漓的表现。而且，仿生设计有利于突出产品的个性，“个性化”讲求的就是别出心裁。为了追求特殊性，人们纷纷追求起不一样的产品。香水工业是一项梦幻工业，人们希望产品传递的不是冰冷的理性之美，而是热烈温情的感性之美。所以，在香水包装造型上更多的在运用仿生手法，赋予香水以生命的张力。大量充满理想色彩和实验个性的仿生形态使产品在琳琅满目的货架上脱颖而出，不受羁绊、张扬个性的美，令人无法抗拒。而且，生物机体的形态结构为了维护自身、抵抗变异形成了力量的扩张感，使人感受到一种自我意识的生命和活力，唤起我们珍爱生活的潜在意识，在这种美好和谐的氛围下，人与自然融合、亲近，能够消除对立的心理不安，能够使人感到幸福与满足。所以，从动态、个性、互动等方面，仿生设计都能够提升香水包装的魅力。 2 仿生设计的美感大自然赋予了人类最强有力的信息，大部分的设计都可从中获得灵感。仿生设计运用到香水包装中，就使产品具有了生命。它们一旦有了生命，也就有了生气，有了生机，就有了思想，有了意蕴。设计师把物质蕴涵着的某些特性，通过拟人的、仿生的手法加以揭示，让受众或者消费者看见有生命的作品，进而看见有意蕴的作品，然后引起心灵上的共鸣。仿生造型与时代、思想意识、服务对象、审美趣味和艺术形式有密切的关系，有简洁、大方、自然、人性化的艺术美感，主要依赖设计者的想象力、创造力和发散性思维的能力。自然有时确实能提供一些典范和灵感。遵循自然、崇尚自然的方法或法则，许多问题就能迎刃而解。设计师在设计过程中，应更深入地理解产品的功能、使用者的期望及其本身在整个社会情境下所代表的深刻寓意，更加注重使用者的心理面、社会面、情绪面、沟通面的需求。显然，让设计回归自然，赋予设计形态以生命的象征是人类在精神需求上所达到的共识。自然界中无数有机生命(动物与植物) 有丰富的形体结构，多维的变化层面，巧妙的色彩装饰和图形组织等等，各种奇异的形态有助于丰富造型设计的形式语言，所以仿生形态的挖掘是创新设计取之不尽的智能源泉,吸引着人们去想象和模仿。 3 超现实主义大师达利的香水仿生设计在法国超现实主义艺术大师萨尔瓦多·达利（Salvador Dali）的所有设计中，尤以香水设计闻名于世。他谈到：“在所有的感官中，无疑的，嗅觉最能赋予我们永恒不朽的灵感。”所以他把他的艺术才华倾注在香水包装设计上，从容器到外部平面装潢，务求尽善尽美，使他设计的香水，就如同艺术品般都是独一无二的。达利与法国香槟省法兰克斯国际香水公司1981年开始合作，出品了一系列的达利香水，数量不下10款，每一款富有原创的瓶子，仿佛是一幅名画，以华丽的色彩、优雅的触感及迷人的熏香倾倒众生。达利利用玻璃容易造型的特点，使容器具有了雕塑的美感。他发明的这些种女用和男用香水，单是独特精美的瓶身设计，就让人爱不释手。例如图1所示的《达利之花》（Daliflor）香水瓶的外轮廓和凸起部分形成一个曼

关于家具设计中的仿生设计

关于家具设计中的仿生设计 1．仿生家具设计介绍仿生学bionics是在具有生命之意的希腊语bion上，加上有工程技术涵义的ics而组成的词，大约从1960年才开始使用。生物具有的功能迄今比任何人工制造的机械都优越得多，仿生学就是要在工程上实现并有效地应用生物功能的一门学科。仿生设计则是在仿生学的基础上发展起来的。它以仿生学为基础，通过研究自然界生物系统的优异功能、形态、结构、色彩等特征，并有选择性的在设计过程中应用这些原理和特征进行设计。仿生家具设计以单纯质朴的自然意象延伸了人们的心灵空间，沟通人与自然的深层本质关系，同时追求自然生命的有机性质，设计出具有现代审美观念的家具产品。 2．仿生家具设计简要分析大自然中万事万物的空间形态、结构、特征，都是生命本能地适应生长、进化环境的结果，在仿生形态的学习、研究中，从以下几个方面探索仿生形态解决设计产品问题的方法：①按生物所属种类来划分，有5种仿生方法，它们是动物仿生、植物仿生、昆虫仿生、人类仿生和微生物仿生。②按生物系统特征来划分，有3种仿生方法，它们是形态仿生、装饰仿生和结构仿生。③按模仿的逼真程度可分为具象仿生和抽象仿生。④按模仿的完整性可分为整体和局部仿生⑤按模仿生物的态势可划分为动态仿生和静态仿生。德国著名设计大师路易吉·科拉尼曾说：“设计的基础应来自诞生于大自然的生命所呈现的真理之中”。这话道出了自然界是蕴含着无尽设计宝藏的天机。归纳现代家具设计中的仿生，其主要表现在以下几个方面： 2.1形态的仿生形态从其再现事物的逼真程度和特征来看，可分为具象形态和抽象形态。 1）具象形态的仿生具象形态是透过眼睛构造以生理的自然反应，诚实地把外界之形映入眼睛膜刺激神经后感觉到存在的形态。它比较逼真的再现事物的形态。由于具象形态具有很好的情趣性、可爱性、有机性、亲和性、自然性，人们普遍乐于接受，在玩具、工艺品、日用品应用比较多。但由于其形态的复杂性，很多工业产品不宜采用具象形态。具体的形态仿生也是在家具设计中比较多采用的仿生设计方式。 2）抽象形态的仿生抽象形态是用简单的形体反映事物独特的本质特征。此形态作用于人时，会产生“心理”形态，这种“心理”形态必需生活经验的积累，经过联想和相象把形浮现在脑海中，那是一种虚幻的，不实的形，但是这个形经过个人主观的喜怒哀乐联想所产生的形变化多端、色彩丰富，这与生理上感觉到的形大异起趣。例如孔雀椅的靠背提取孔雀开屏时的产生的“心理”形态，简化形态元素，设计出让人耳目一新的家具产品。

多足机器人行走机构设计(论文)

高职学生毕业设计题目：多足机器人行走机构设计学院: 机械自动化学院专业: 学号: 学生姓名: 指导教师: 日期:

摘要本文旨在设计一种能够实现灵活、全方位运动的机器人的行走机构。本文设计的多足步行机器人具有冗余驱动、运动拓扑的特点。为实现其步行全方位机动性及作业多功能性，需要解决一系列的技术问题，而结构设计是其中的关键。首先，对于国内外机器人的发展现状进行阐述和比较，并分析了多足机器人的研究趋势；接着，从机构自由度入手，明确设计思路，确定行走机构结构，对主要零件、构件进行设计，分析机构的受力情况，找出较危险的零件，并对其强度进行校核。最后,初步研究了机器人的行动方式，拟定了简单的步态规划方案，规划了机器人直线行走步态、定点转弯步态。关键词：多足机器人；机构自由度；行走机构；机构设计

Abstract This paper aims to design a travelling mechanism of a flexible and omnibearing motorial robot. The multiped walking robot referred to this paper has the characteristics of redandant drive and topological motion. In order to achieve its omnibearing walking mobility and working polyfunctionality, a series of technique questions need to resolved, of which the structural design is the key point. Firstly, the paper states the current situation of the robots development and compares the differences of the robots both domestic and overseas. Moreover ,it analyses the research trend of multiped robots. Secondly, it make clear of the designing ideas and confirm the travelling mechanism in terms of the structural variance,as well as designing the major parts and constuctional elements. Besides ,it analyses the stress state of the mechanism,trying to find out the rather dangerous parts and checking their intensity. Finally, it initially research the walking patterns of the robots and make out a simple tread program, which plans out the robot tread of linear walking and fixed point swerving. Keyword：Multiped robot;Degree of freedom;travelling mechanism;Mechanical design

机械创新设计(较完整版)

第一讲 1、机械创新设计与现代设计、常规设计有什么差异和关联？创新设计方法:充分发挥设计者的创造力,利用人类现有相关科学技术知识,实现创新构思,获得新颖性、创造性、实用性成果.特点：强调发挥创造性，提出新方案，提供新颖。独特的设计方法，获得具有创新性、新颖性、实用性的成果。现代设计:以计算机为工具，运用各类工程应用软件及现代设计理念进行的机械设计。常规设计：常规设计是以应用公式、图标为先导，已成熟的技术为基础，借助设计经验等常规方法进行设计关联：机械常规设计始终是最基本的机械设计方法，在强调现代设计、创新设计时不可忽视其重要性。创新设计的基础——常规、现代设计方法的综合、灵活运用。现代设计方法仅仅借助了先进、高效的计算机应用手段，提高了设计过程的效率，但没有脱离常规设计的思维。 2.现代创新人才应具备那些基本素质？ (1) 具备必须的基础知识和专业知识 (2) 不断进取与追求的精神 (3) 合理的创新思维方式（突破传统定式） (4) 善于捕捉瞬间的灵感（创新的必备条件） (5) 掌握一定的创新技法 3.学习机械创新设计的内容有那些？ 1.机构的创新设计 2.机构应用创新设计 3.机构组合设计产生新机构系统 4.机械结构的创新设计 5.利用反求原理进行创新设计 6.利用仿生原理进行创新设计第二讲 1简述创造性思维四大特性

(方法的开放性；过程的自觉性；解决问题的顿悟性；结果的独特性)。影响创造性思维形成与发展的主要因素包括哪些？ (1)天赋能力：与生俱来的所有神经元 (2)生活实践：后天实践活动具有的重大意义 (3)科学地学习与训练科学、简单易行的专业学习与训练 2．了解和阐述创造性思维、创造活动、创造能力三者的关系。3.理解综合、分离创造原理的特性和基本实施途径。概念：有目的的将复杂对象分解，提取核心技术，并利用于其他新事物。特征：1）与综合创造原理对立，但不矛盾； 2）冲破事物原有形态的限制，在分离中产生新的技术价值； 3）实质上综合法与分离法两者无明显界限，实践中常常相互贯穿，共同促成新事物。实施途径：1）基于结构的分解；2）基于特性、原理的列举分离第三讲 1．学习创造原理的基础知识有什么实际意义？ 2．物场三要素是指什么？（两个物与一个场）比较完全物场（三个要素齐全的场）、不完全物场（三要素中有两个要素存在的场）、非物场（三要素中仅有一个要素的场）的异同。 3．列举三种所熟悉的创造理论，简述其实施的基本途径。（1）物场要素变换：电磁场取代机械场（2）物场要素补建：超声波加工（特种加工工艺）第四讲 1、实施群体集智法应遵循哪些原则？提出自己运用此法的技巧。（要求从不同角度提两点） 1.自由思考原则：解放思想、消除顾虑 2.延迟评判原则：过早的结论会压制不同的想法，可能扼杀有创造性的萌芽 3.以量求质原则：相关统计表明，一批设想的价值含量与总数量成非线性正比。 4.综合改善原则：充分利用信息的增值。２．为什么设问探求法特别强调“善于提问”？简述所学的九种基本提问。 ●学习者的基本技能 ●创造者分析、解决问题的基础 ①有无其他用途;②能否借用（直接）;③能否改变使用（间接）;④能否扩大（改良）; ⑤能否缩小（改良）;⑥能否代用;⑦能否重新调整;⑧能否颠倒;⑨能否组合

四足行走机构说明书

四足行走机构说明书Revised on November 25, 2020

机械创新设计课程设计 2014-2015第 2 学期姓名：何燕飞、郑义、陈斌、周鹏、陈海云班级：机越一班指导教师：李军方轶琉成绩：日期：2015 年 6 月 4 日仿生四足行走机器人行走机构的研究摘要马相对于其它四足哺乳动物来说，躯体较大，四肢骨骼坚实有力，其运行步态稳健轻快，能在地面、坡地和凸凹不平的地表上自由灵活的快速行走，且可远距离行走。因此，本课题研究了马在平地的步态运动方式，根据马步态设计的仿马四足行走机构为解决：在凹凸不平的路况上抢险救灾物资和装备的运输问题上将产生深远的影响。本课题以马为研究对象，对其有障碍路况行走步态方式进行了研究。马型四足行走机器人的运动学方程是一组非线性方程,没有通用的解法,通常很难求得运动学方程解的解析表达式。采用几何解法,把空间几何问题分解成若干个平面几何问题,这样,不用建立运动学方程,而直接应用平面几何的方法进行运动轨迹规划,给出各个关节角给定量的计算方法。本课题在分析总结了马的生理特性、运动步法和步态特点的基础上，从结构仿生角度出发，研究了行走机构的设计方案、运动原理、运动特点，确定了仿马四足行走机构，并应用 CATIA 软件建立了单腿和整机的三维模型。关键词:马型四足行走机构、腿部结构、运动轨迹规划、三维建模

The bionic quadruped walking robot mechanism research ABSTRACT Comparing with other four feet mammals, Horses have many advantages including the bigger body, the stronger and the vibranter limb bones, long distance walking, so the horses can walk flexibly on the bumpy ground, the sloping fields, the mountains and the steep cliffs. Therefore, the motion pattern of goats gait on the upslope and downslope were researched. According to the horse gait, the bionic horse sloping walking mechanism was designed in order to solve the sloping walking problems of the agricultural machinery, which will have far-reaching effects on the design of the bionic mechanism. Horses were used as research object in the topic, and the sloping walking gait style was kinematics equations with nonlinear characteristic of horse type four legs walking robot have not been universal solutions. It is difficult to resolving express of robot kinematics geometrical method which space geometry problem is turned to some plane geometry problem is trajectory plan of motion can be made directly by plane geometrical method and kinematics equations need not set more method of calculation For Each Join Tangle Is simulation is researched for robot kinematics solutions and inverse of the design method is verified by virtue of experiment. KEY WORDS:Horse quadruped walking mechanism, the structure of the legs, trajectory planning, three-dimensional modeling 目录

模拟与仿生

模拟与仿生——从家具的创新设计谈起一、我国家具设计中存在的问题由于参展企业来自全国不同的地区,既有南方的也有北方的,所以这些企业基本上代表了中国家具工业的整体水平。从展出家具产品的设计与制作工艺的水平看，国内顶尖家具企业的产品质量已接近或达到国际水平,但具本民族文化内涵的产品仍然不多,说明近年来我国家具业的发展已取得了长足进步,但整体水平仍有待进一步提高;参展展品中,采用了新技术、新材料、有创意的产品售价较高,而样式落后、缺乏创意的产品其售价较低,例如在展会期间见到一套办公家具,4米多长、造型厚重、带拐角的长条形大班台,再附带两个文件柜、一个茶水柜,从用材到做工都很好,但其批发价仅5千元，如此价廉原因只有一个,那就是产品造型落伍,无设计创意的附加值;这次展会期间曾亲眼目睹了这样一件事,在展会评优过程中,一位展商向展会主办者投诉另一展商的展品有抄袭嫌疑,据说这种现象在历年的展会中时有发生。为什么我们并不落后的设备(很多是从意大利、德国进口)生产出的与欧洲品牌质量不相上下的家具在国际市场上缺少竞争力呢?不仅如此,近年来国内也普遍存在着家具市场疲软的问题。也许我们可以从新加坡著名家具企业家林作新博士德国科隆观展回来后所说的一席话中找到一些答案。他说,缺乏创意、无自己设计风格的亚洲(含中国)产品在欧洲市场上售价非常低廉,例如质量和欧洲水平相当接近的餐台椅,但市场售价却与欧洲品牌相差近10倍,用句不客气的话讲就是“简直与卖木材无异”。究其原因即在于我们的产品多是仿欧美样式设计的,没有自己的设计风格,缺乏自己民族的鲜明个性与时代语言,同时企业也没有创立自己的品牌。二、从大自然中汲取灵感是家具创新设计的重要源泉图1

180型液压挖掘机行走机构总体及减速器设计

目录摘要 .....................................................................IV Abstract....................................................................V 前言 .................................................................... VI 第一章绪论 ........................................... 错误！未定义书签。 1.1 液压挖掘机在现代化建设中的作用.................. 错误！未定义书签。 1.2 液压挖掘机的工作特点和基本类型 (1) 1.2.1 液压挖掘机的主要优缺点 (1) 1.2.2 液压挖掘机的基本类型及主要特点 ............ 错误！未定义书签。 1.3 国内外液压挖掘机研究现状及发展趋势 (4) 1.3.1 研究现状 (4) 1.3.2 发展趋势 .................................. 错误！未定义书签。 1.4 课题设计的目的和意义 (5) 1.5 本设计所要完成的主要任务 (5) 第二章总体方案设计 .................................... 错误！未定义书签。 2.1 履带式液压挖掘机的组成.......................... 错误！未定义书签。 2.2 设计依据 (7) 2.2.1 履带式行走装置的主要特点 (7) 2.2.2 设计参数 .................................. 错误！未定义书签。 2.3 总体设计原则.................................... 错误！未定义书签。 2.4 动力装置的比较与选型 (8) 2.5 工作装置的比较与选择 (9) 2.5.1 反铲工作装置 .............................. 错误！未定义书签。 2.5.2 正铲工作装置 .............................. 错误！未定义书签。 2.6 回转机构的选择.................................. 错误！未定义书签。 2.7 传动方式的比较与选择............................ 错误！未定义书签。 2.7.1 机械传动 .................................. 错误！未定义书签。 2.7.2 液力机械传动 .............................. 错误！未定义书签。 2.7.3 电力传动 .................................. 错误！未定义书签。

国内包装设计现状(终审稿)

国内包装设计现状文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-

国内包装设计现状班级姓名学号国内包装设计现状摘要：随着社会的进步与消费者对商品质量的要求提高，包装设计的作用逐渐从保护被包装的商品，防止损坏，便于运输以及储藏和消费者携带、美观大方、促进品牌的销售。有人认为，"每个包装设计都是一幅广告牌。"良好的包装能够提高新产品的吸引力，包装本身的价值也能引起消费者购买某项产品的动机。此外，提高包装的吸引力要比提高产品单位售价的代价要低。品牌包装设计应从商标、图案、色彩、造型、材料等构成要素入手，在考虑商品特性的基础上，遵循品牌设计的一些基本原则，如：保护商品、美化商品、方便使用等，使各项设计要素协调搭配，相得益彰，以取得最佳的包装设计方案。如果从营销的角度出发，品牌包装图案和色彩设计是突出商品个性的重要因素，个性化的品牌形象是最有效的促销手段。关键词：设计现状发展趋势正文一、包装设计的概念?

包装是品牌理念、产品特性、消费心理的综合反映，它直接影响到消费者对购买欲。我们深信，包装是建立产品与消费者亲和力的有力手段。经济全球化的今天，包装与商品已融为一体。包装作为实现商品价值和使用价值的手段，在生产、流通、销售和消费领域中，发挥着极其重要的作用，是企业界、设计不得不关注的重要课题。包装的功能是保护商品、传达商品信息、方便使用、方便运输、促进销售、提高产品附加值。包装作为一门综合性学科，具有商品和艺术相结合的双重性。包装设计是将美术与自然科学相结合，运用到产品的包装保护和美化方面，它不是广义的“美术”，也不是单纯的装潢，而是含科学、艺术、材料、经济、心理、市场等综合要素的多功能的体现。(1)包装造型设计包装造型设计又称形体设计，大多指包装容器的造型。它运用美学原则，通过形态、色彩等因素的变化，将具有包装功能和外观美的包装容器造型，以视觉形式表现出来。包装容器必须能可靠地保护产品，必须有优良的外观，还需具有相适应的经济性等。 (2)包装结构设计? 包装结构设计是从包装的保护性、方便性、复用性等基本功能和生产实际条件出发，依据科学原理对包装的外部和内部结构进行具体考虑而得的设计。一个优良的结构设计，应当以有效地保护商品为首要功能；其次应考虑使用，携带、陈列、装运等的方便性；还要尽量考虑能重复利用，能显示内装物等功能。三、包装设计的现状?

条飞机设计中的仿生学原理

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8条飞机设计中的仿生学原理天鹅绒、鲨鱼皮与飞机在空气动力学设计上的创新有何相干？在航空学领域，越来越多的新想法都来源于自然界中各种各样的结构、器官和材料。在未来，这些在大自然中经过无数次尝试与检验洗礼的设计仍将成为激发我们创意的巨大源泉。天鹅绒、鲨鱼皮与飞机在空气动力学设计上的创新有何相干？有一个专门的学科可以给你答案。此学科致力于从大自然中汲取灵感并效法自然。它就是“仿生学”。其设计灵感皆源于自然。仿生学家通过研究和模仿自然界中最优秀的创意来解决人类遇到的种种问题。在航空学领域，越来越多的新想法都来源于自然界中各种各样的结构、器官和材料。在未来，这些在大自然中经过无数次尝试与检验洗礼的设计仍将成为激发我们创意的巨大源泉。【荷花效应】在现在的进化阶段，荷叶表面的角质可以使其表面的雨水滚落并带走污浊以保持自身的清洁与干燥。这就是“荷花效应(the Lotus Effect)”。荷叶的这种特性激发了人们在机舱设备涂层设计上的灵感。这种涂层可以使水分以滚珠的形式流走并同时去除污物。这样就提高了飞机的清洁度，同时还能省水，减重，降耗并减

少碳排放。此灵感已经在空客飞机上的卫生间得到了应用。在未来，座位和地毯的材料也很可能被这样设计。【可移动的机翼表面】海鸟可以通过喙部察觉出空气中的阵风荷载量(Gust Load)，并通过调节翅膀的形状抑制升力。新型的空客A350 XWB在机头的探测器就可以检测风力并利用其可移动的机翼表面提高飞行效率。此设计可以进一步节能减排。【来自老鹰的翼尖帆设计灵感】对于像草原雕这样的大型鸟类，如果其翅膀过长，转向时的半径就会过大，从而使其在飞翔时无法利用热空气柱上升。实际上，鹰的翅膀完美地结合了最大的升力和最小的翅膀长度。它们会将翅尖羽毛向上卷曲，从而形成近乎90°的夹角。这能减小空气中的漩涡，提高飞行效率。若按传统方法设计，A380的翼幅将比国标机场可容纳的距离大出3米。不过，多亏了“翼尖帆(Winglet)[1]”——这种小巧的设计模仿了鹰类向上卷曲的羽毛，A380的翼幅比国标机场限值还少20厘米，却可以为世界上最大的客机提供足够的升力和飞行效率（节能、减排并减

包装容器形态仿生设计

包装容器形态仿生设计何霞,杨国平,王家俊 (浙江理工大学,杭州310013) 摘要:通过例子分析了仿生设计与包装容器形态之间的密切关系,从具象形态仿生设计和抽象形态仿生设计2个方面,对包装容器形态仿生设计在包装中的应用进行了分析和探讨,以达到创新设计的目的,真正做到实用与审美的统一。指出包装设计中的仿生设计极大地丰富了包装设计的设计方法,赋予了产品鲜明的个性形象,并提升了包装的魅力。关键词:包装设计;包装容器形态;仿生设计中图分类号:TB482;TB482.2　文献标识码:A 文章编号:1001-3563(2006)01-0162-02 收稿日期:2005-09-27 作者简介:何霞(1978-),女,硕士生,浙江理工大学助教,主要从事包装结构及包装CAD 的教学与研究。 B i on ics design in packaging contai ner for m design HE X ia ,YA NG Guo -ping ,WA NG J i a -j u n (Zhe jiang U niversit y of Techno logy ,H angzhou 310013,Chi na ) Abstract :T his a rtic l e analyzed t he close re lati onship be t w een bionic desi gn and packag i ng container for m by so m e exa m ples .The app lica tion o f b i onics desi gn of packag ing containe r f o r m in packaging w as dis -cussed i n t w o aspe cts ,concrete and abstrac t bionics f o r m desi gn .Itw as put f o r w ard tha t b i onic design eno r -m ousl y en riches t he packag i ng de sign m ethod ,a lso endow s products w it h bri gh t individua lity i m age and pro -m otes the char m of packaging . K ey w ords :packag i ng de sign ;con taine r ;for m ;b i onics design 包装设计是一门应用艺术。在应用艺术的领域内,"借鉴"是应用艺术的一个很基本的特性,要求不断从其他艺术领域吸收营养、接受启示和灵感,用来完善自己和促进自身的不断发展和更新。现代包装设计主要是从绘画艺术、工艺美术、特种装饰艺术等中吸取营养,这对现代包装设计师提出了很高的要求。同时,随着社会的发展和人们审美观的急剧变化,以及流行文化的有力影响,包装设计只从一些艺术领域吸收营养,这对包装设计创意的开拓越来越不利,越来越难于有所突破。应该从更宽广的领域来考虑这个问题,更广泛地从其它学科进行借鉴。自然界无数有机生命(动物与植物)有丰富的形体与结构,多维的变化层面,巧妙的色彩装饰和图形组织等,各种奇异的形态有助于丰富造型设计的形式语言,所以仿生形态的挖掘是创新设计取之不尽的智能源泉,吸引着人们去想象和模仿 [1] 。 "设计的基础应来自诞生于大自然的生命所呈现的真理之中"(德国著名设计大师路易吉科拉尼语)[2] 。道出了自然界蕴含着无尽设计宝藏的天机,仿生对探索现代包装设计无疑是新的发展机遇。 1　仿生设计简述仿生学是模仿生物系统的结构、形体、功能原理来设计新技术系统的科学,它是20世纪60年代发展起来的一门跨学科的边缘性科学,是生命科学和工程技术科学互相渗透、彼此结合而产生的。仿生设计是研究和探讨生物体机制,仿照它们进行设计创造的方法[3]。自然界的任何物体包括人体形态都是由其内在特性和其所处的环境塑造而成的,其造型必与其生命维护及生存环境有关,否则,大自然便会将其无情地淘汰。也就是说,一切自然物存在均有其发生、发展的规律,经过了干百万年的运动和变化,其形态的变迁是有其必然原因的。在创造活动中,模仿自然是一个既古老又时新的话题,人类从蒙昧时代进入文明时代就是在模仿和适应自然环境的基础上不断发展起来的。从古埃及的狮身人面像,我国古代的牛方鼎、鹿方鼎,到现实生活中以各种动物形态为原形的家具(见图1丹麦家具设计师阿纳雅各布森设计的蛋椅和图2意大利设计师J 德帕斯设计的扶手椅)、建筑设计(见图3瑞士赫尔佐格德梅隆公司设计的"鸟巢"体育场等),从神话传说中人羽化升天到现今的飞机,让我们能如愿以偿飞上天空,都应感谢大自然给了我们现成的可以模仿、学习的对象,是大 162 包装工程　PACKAG I NG ENG I N EER ING V o.l 27N o .12006.02

机械毕业设计1503校园垃圾拾捡机构行走机构设计说明书

本科毕业论文（设计）题目：校园垃圾拾捡机构行走机构设计学院：工学院姓名：学号：专业：年级：指导教师：称：副教授二0一四年五月

摘要校园垃圾拾捡机构是为了保持校园环境清洁而设计的一种由抓取机构固定在行走机构上构成的一类的小车机器人的专门工作机构。校园垃圾拾捡机构是一辆采用直流伺服电机驱动的四轮平面移动小车，该机构采用前轮转向后轮驱动，车上装有摄像头，超声波传感器和碰撞传感器等，用以控制校园垃圾拾捡机构行走机构而躲避障碍物，通过识别废纸、果皮、塑料等垃圾通过控制抓取机构拾捡垃圾放置于垃圾箱内。关键词: 行走机构；校园垃圾拾捡机构；机器人

Abstract Picking up trash on campus is a special body of a mechanism in order to keep the school environment clean and designed by grasping mechanism fixed on the running gear consisting of a class of car robot. Picking up trash on campus is an organization driven by DC servo motors to move four flat cars, the agency uses rear-wheel drive front-wheel steering, the car is equipped with cameras, ultrasonic sensors and collision sensors, picking up trash on campus organizations to control travel agencies and avoid obstacles by identifying waste paper, peel, plastic and other garbage picking up garbage placed in the trash by controlling the grasping mechanism. Keywords:Walking agencies;Campus garbage pick up agencies; robot

仿生设计

第一章绪论 1.1 课题研究的背景和意义人类的优点和缺点都是想改造周围的一切，随着时代频率的加快，越往前走，遇到的问题可能就越多，这就促使我们以更科学、更合理系统的态度去认识并解决问题。如今我国的工业水平以相当快的速度在发展和进步，这为很多企业带来机遇的同时也使行业之间的竞争更加激烈。为了解决这种激烈竞争的局面，许多企业开始把创新作为设产品设计的主要目标，而产品要实现创新，必须依托于正确的设计方法，针对不同类型的产品，设计方法也有所区别，加之我国工业发展内容的多样化，所以衍生出了许多类型的设计方法。在众多设计方法中，仿生设计作为一种以模仿自然生物的属性为途径的设计方法为人们所熟知[1]。产品类型的丰富多样使得产品的仿生设计必须迎合产品的变化，所以仿生设计不仅属于一种创造性工作，其本身也具有一定的灵活性，而我国工业发展起步较慢，许多生产工工艺与技术还不够完善，所以使仿生设计的应用受到了限制，再加上人们对设计的认识不足，导致我们对设计的探讨与研究还不够深入，国内对设计实质的理解，从管理部门到各个生产企业都认为设计的主要工作是对产品进行外在的美化，用新颖的造型来引起消费者的注意，进而完成产品的创新[2]。而仿生设计本身所具有的设计特点，能够让产品通过外观使消费者与自然产生很好的共鸣，所以这种基于形态的仿生设计开始被设计师大范围的应用与产品设计当中，逐渐形成了以外部形态仿生为主的仿生设计方法，常用的有：比例法、线条法、形态特征法等[3][4]。虽然在相关的设计方法已经较为成熟，但是以产品外型为主的形态仿生设计在内容上较为单一，人们就线条谈线条，着眼于形式法则与美学规律的探索，而忽略了跟人有关的设计影响因素，人、产品、环境三者之间的矛盾未得到彻底解决。同时由于我国对设计推广的力度还不够，导致许多企业在生产过程中至追求产量与效率，导致许多产品出现抄袭、模仿的现象，这也间接的阻碍了创新设计的发展。由于设计高度依赖于科技水平，国外先进的制造技术保证了创新性产品的实现性，而生物学、物理学、工程学、电子学及计算机水平的高度发展，也为更深层次的设计创新提供了可能性。这就为产品进行多元化的仿生设计创造了一个良好的条件，使设计师能更加自由的从功能、结构及形态方面对产品进行设计改进[5]。例如宝马汽车通过模仿猎豹、大象等生物特征使汽车外观看起来更加的灵动、大气为人们所喜爱，模仿海葵和水母的附着优势所设计的镁铝合金为车身减少了10公斤的重量，汽车底盘、悬挂设计和后轴结构上的技术原理则来自于袋鼠育儿袋的思想。这些自由设计的背后离不开先进制造技术的支持，宝马公司的一些加工工艺至今位列世界顶尖，许多企业也只能望其项背[6]。本课题所提出的基于产品基因的仿生设计方法，在于改变以往只注重形态仿生的设计，利用产品基因较为全面的分析方式，将产品功能、结构等经常被仿生

第七章仿生原理与创新设计

第七章仿Th原理与创新设计第一节仿Th学与仿Th机械学概述一、仿Th学研究Th物系统的结构和特征、并以此为工程技术提供新的设计思想、工作原理和系统构成的科学,称为仿Th学（bionics）。仿Th学的研究内容主要有： 1、机械仿Th：研究动物体的运动机理，模仿动物的地面走、跑、地下的行进、墙面上的行进、空中的飞、水中的游等运动；运用机械设计方法研制模仿各种Th物的运动装置。

2、力学仿Th：研究并模仿Th物体总体结构与精细结构的静力学性质，以及Th物体各组成部分在体内相对运动和Th物体在环境中运动的动力学性质。例如，模仿贝壳修造的大跨度薄壳建筑，模仿股骨结构建造的立柱，既消除应力特别集中的区域，又可用最少的建材承受最大的载荷。 3、电子仿Th：模仿动物的脑和神经系统的高级中枢的智能活动、Th物体中的信息处理过程、感觉器官、细胞之间的通信、动物之间通信等，研制人工神经元电子模型和神经网络、高级智能机器人、电子蛙眼、鸽眼雷达系统以及模仿苍蝇嗅觉系统的高级灵敏小型气体分析仪等。

4、化学仿Th：模仿光合作用、Th物合成、Th物发电、Th物发光等。例如利用研究Th物体中酶的催化作用、Th物膜的选择性、通透性、Th物大分子或其类似物的分析和合成，研制了一种类似有机化合物，在田间捕虫笼中用千万分之一微克，便可诱杀一种雄蛾虫。 5、信息与控制仿Th：模仿动物体内的稳态调控、肢体运动控制、定向与导航等。例如研究蝙蝠和海豚的超声波回声定位系统、蜜蜂的“天然罗盘”、鸟类和海龟等动物的星象导航、电磁导航和重力导航，可为无人驾驶的机械装置在运动过程中指明方向。

ROBOT2016_760-768_蛇怪蜥蜴踏水奔跑机理研究及仿生机构设计_张仲志

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