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大壁虎运动反力实验研究

作　者: 王周义
导　师: 戴振东；吉爱红
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 传感器阵列 3维运动反力初始接触力壁虎
分类号: Q811
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 25次
引　用: 1次
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内容摘要

大壁虎运动反力测试系统用于测试壁虎在三种表面(水平面、墙面、天花板)上自由爬行过程中,脚掌与运动表面接触时产生的3维运动反力,并实时记录大壁虎运动的影像资料。该系统包括3维传感器阵列、信号调理与数据采集设备、图像采集设备以及专用测试软件。通过实验获得了大壁虎在水平面、墙面和天花板运动的大量实验数据,结合影像资料,比较分析了壁虎在三种表面爬行过程中脚掌与运动表面的运动反力。发现在不同表面运动,壁虎步足在运动中的功能存在差异,并从力学的角度对壁虎身体的运动规律做了初步的阐述。首次获得了壁虎在墙面与天花板表面运动过程中的初始接触力。比较了在两个表面运动中初始接触力的大小。分析了初始接触力与运动速度,初始接触力作用时间与速度之间的相互关系,并在此基础上分析单个脚趾受力情况,发现脚趾主受力方向为脚趾径向。通过测试大壁虎在不同的表面爬行过程中脚掌与表面的接触力,分析壁虎在爬行过程中的吸附机制和运动规律,从而深入理解动物保持高灵活性、稳定性和机动性的深层力学原因和神经控制机制,为类壁虎机器人的运动学和仿生学带来相关的启示。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-11
第一章绪论  11-15
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 动物运动反力研究的意义  12
  1.3 国内外动物运动力学的研究进展  12-14
  1.4 本论文的主要工作  14-15
第二章壁虎正/零/负表面运动反力测试方法  15-32
  2.1 实验材料  15-16
  2.2 实验设备  16-20
    2.2.1 壁虎运动反力测试系统  16-17
    2.2.2 高速摄像系统  17-18
    2.2.3 力学测试系统  18-20
  2.3 实验过程及数据处理  20-30
    2.3.1 实验流程  20-21
    2.3.2 数据筛选和整理  21-30
  2.4 小结  30-32
第三章壁虎正/零/负表面运动3 维反力的测试结果  32-50
  3.1 壁虎正表面运动反力测试  33-37
    3.1.1 正表面单个脚掌运动反力  33-36
    3.1.2 壁虎正表面前后脚掌反力对比  36-37
  3.2 壁虎零表面运动反力测试  37-43
    3.2.1 零表面单个脚掌运动反力  38-41
    3.2.2 壁虎零表面前后脚掌反力对比  41-43
  3.3 壁虎负表面运动反力测试  43-49
    3.3.1 负表面单个脚掌运动反力  44-47
    3.3.2 壁虎负表面前后脚掌反力对比  47-49
  3.4 小结  49-50
第四章壁虎正/零/负表面运动反力分析  50-58
  4.1 壁虎正/零/负表面运动脚掌作用分析  50-54
    4.1.1 壁虎正表面运动脚掌作用  51-52
    4.1.2 壁虎零表面运动脚掌作用  52-53
    4.1.3 壁虎负表面运动脚掌作用  53
    4.1.4 正/零/负表面运动脚掌作用对比  53-54
  4.2 零/负表面初始接触力  54-56
    4.2.1 零/负表面初始接触力的测定  54-55
    4.2.2 零/负表面初始接触力的分析  55-56
  4.3 脚趾预载力的测定与分析  56-57
    4.3.1 脚趾预载力的测定  56-57
    4.3.2 脚趾力与预载力的关系  57
  4.4 小结  57-58
第五章总结与展望  58-61
  5.1 总结  58-59
    5.1.1 实验数据处理  58
    5.1.2 壁虎运动力学分析  58-59
    5.1.3 初始接触力  59
  5.2 展望  59-61
参考文献  61-64
致谢  64-65
在学期间的研究成果及发表的学术论文  65

大壁虎运动反力实验研究

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