大壁虎斜面黏附着落的行为与力学研究及仿生启示

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:whhuazi
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随着北斗组网、“嫦娥”落月、“天问”探火的相继实现,我国的航天技术已经进入国际前列,对于着陆机构和可着落在复杂地形的探测机器人的需求与日俱增。自然界动物优异的运动能力源于其精巧的运动部件、柔顺的协作策略以及高效的能量控制,这些都对新型仿生探测机器人的结构、控制、驱动等多方面创新有着重大启示意义。大壁虎常采取跳跃-着落的方式完成倾斜表面间的过渡。倾斜的着落表面会对壁虎的运动调控和附着策略提出更大的挑战,其中的调控机制对于研发具备出色跳跃、着落、附着和攀爬能力的仿生探测机器人具有非常现实的指导意义。本研究聚焦于揭示大壁虎在倾斜面的黏附着落机制。从开发试验测试设备入手,搭建了适用于小型黏附动物斜面着落行为-力同步测试实验系统,解决了小型动物的运动行为难于捕捉的问题,获得了动物从跳跃到斜面着落时多维度视角的完整运动信息及着落姿态调整模式;首次同步测得了动物在斜面着落过程中接触碰撞-黏附的力学时变信息以及多足间力的动态变换规律;通过对包括躯干、四肢、尾巴在内身体部件的运动规律和足底接触反力数据的处理及分析,提出了表征动物倾斜面跳跃-着落的特征参量,初步建立了大壁虎在倾斜面着落的运动学模型;在莫斯科航空学院航天工程系的学习成果的基础上设计了仿生机器人数字样机,并在仿真环境下验证了在不同缓冲策略下(腿部、尾部、腰部等)的着落性能,进一步解释了动物着落过程中肢体结构-功能关系,也为后续面向航天工程研究机器人的着落策略提供理论依据,对于指导机器人结构设计和控制策略具有可行性与正确性。
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