壁虎運(yùn)動(dòng)仿生的生物力學(xué)基礎(chǔ)

內(nèi)容概要

對(duì)生物系統(tǒng)內(nèi)在規(guī)律性的認(rèn)識(shí)，是開(kāi)展仿生研究的基礎(chǔ)和出發(fā)點(diǎn)。戴振東、吉愛(ài)紅創(chuàng)作的《壁虎運(yùn)動(dòng)仿生的生物力學(xué)基礎(chǔ)(機(jī)械工程國(guó)防特色學(xué)術(shù)專著)》側(cè)重研究壁虎運(yùn)動(dòng)相關(guān)的生物學(xué)基礎(chǔ)及壁虎的運(yùn)動(dòng)力學(xué)。壁虎的生物學(xué)基礎(chǔ)包括壁虎的基本生物學(xué)信息、壁虎運(yùn)動(dòng)骨骼-肌肉系統(tǒng)及其與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的感知和神經(jīng)系統(tǒng)等。運(yùn)動(dòng)力學(xué)的研究包括運(yùn)動(dòng)行為和運(yùn)動(dòng)反力研究?jī)蓚€(gè)方面。為開(kāi)展壁虎運(yùn)動(dòng)力學(xué)研究，研制了壁虎運(yùn)動(dòng)步態(tài)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及壁虎運(yùn)動(dòng)接觸反力測(cè)試系統(tǒng)。利用上述系統(tǒng)，研究了壁虎在水平地面、垂直墻面和天花板表面運(yùn)動(dòng)步態(tài)與運(yùn)動(dòng)反力。為具有全空間運(yùn)動(dòng)能力的仿壁虎機(jī)器人提供設(shè)計(jì)依據(jù)。
《壁虎運(yùn)動(dòng)仿生的生物力學(xué)基礎(chǔ)(機(jī)械工程國(guó)防特色學(xué)術(shù)專著)》可作為運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)專業(yè)用書(shū)，也可作為動(dòng)物運(yùn)動(dòng)仿生與機(jī)器人研究參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

第1章  概述
  1．1  仿生學(xué)與運(yùn)動(dòng)仿生
  1．2  仿生機(jī)器人
  1．3  動(dòng)物運(yùn)動(dòng)及運(yùn)動(dòng)力學(xué)
第2章  壁虎運(yùn)動(dòng)的生物學(xué)基礎(chǔ)
  2．1  壁虎的種類及分布
  2．2  壁虎的運(yùn)動(dòng)骨骼系統(tǒng)及機(jī)構(gòu)學(xué)
  2．3  壁虎運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)——肌肉分布
  2．3．1  壁虎肌肉分布
  2．3．2  討論
  2．4  壁虎腳底剛毛的結(jié)構(gòu)及黏附機(jī)制
  2．5  壁虎運(yùn)動(dòng)相關(guān)的感知和外周神經(jīng)系統(tǒng)
  2．5．1  壁虎四肢外周神經(jīng)的解剖結(jié)構(gòu)
  2．5．2  外周神經(jīng)對(duì)壁虎腳趾運(yùn)動(dòng)的支配
  2．5．3  外力作用下壁虎腳趾感覺(jué)信息的傳人
第3章  壁虎運(yùn)動(dòng)力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)與設(shè)備
  3．1  仿生運(yùn)動(dòng)步態(tài)研究進(jìn)展
  3．2  壁虎運(yùn)動(dòng)步態(tài)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與設(shè)備
  3．2．1  四足動(dòng)物運(yùn)動(dòng)步態(tài)與步態(tài)參數(shù)
  3．2．2  步態(tài)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與設(shè)備
  3．3  接觸力學(xué)研究進(jìn)展
  3．4  壁虎運(yùn)動(dòng)接觸力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)與設(shè)備
  3．4．1  接觸力學(xué)測(cè)試主要設(shè)備
  3．4．2  三維力傳感器設(shè)計(jì)
  3．4．3  三維力傳感器標(biāo)定
  3．4．4  三維力傳感器陣列
  3．4．5  信號(hào)調(diào)理與數(shù)據(jù)采集
第4章  壁虎在水平地面／垂直墻面／天花板表面運(yùn)動(dòng)步態(tài)
  4．1  實(shí)驗(yàn)過(guò)程
  4．2  實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理
  4．2．1  sigmaScan軟件
  4．2．2  步態(tài)參數(shù)定義
  4．3  壁虎運(yùn)動(dòng)步態(tài)
  4．3．1  運(yùn)動(dòng)步態(tài)周期
  4．3．2  關(guān)節(jié)角度的周期性變化
  4．3．3  關(guān)節(jié)角度相圖分析
  4．3．4  關(guān)節(jié)角度變化分析與討論
第5章  壁虎在水平地面／垂直墻面／天花板表面運(yùn)動(dòng)反力
  5．1  實(shí)驗(yàn)對(duì)象
  5．2  實(shí)驗(yàn)過(guò)程及數(shù)據(jù)處理
  5．2．1  實(shí)驗(yàn)過(guò)程
  5．2．2  數(shù)據(jù)篩選和整理
  5．3  壁虎水平地面運(yùn)動(dòng)反力
  5．3．1  單個(gè)腳掌運(yùn)動(dòng)反力
  5．3．2  前后腳掌運(yùn)動(dòng)反力對(duì)比
  5．4  壁虎垂直墻面運(yùn)動(dòng)反力
  5．4．1  單個(gè)腳掌運(yùn)動(dòng)反力
  5．4．2  前后腳掌運(yùn)動(dòng)反力對(duì)比
  5．5  壁虎天花板表面運(yùn)動(dòng)反力
  5．5．1  單個(gè)腳掌運(yùn)動(dòng)反力
  5．5．2  前后腳掌運(yùn)動(dòng)反力對(duì)比
  5．6  壁虎運(yùn)動(dòng)腳掌作用分析
  5．6．1  水平面運(yùn)動(dòng)腳掌的作用
  5．6．2  垂直墻面運(yùn)動(dòng)腳掌的作用
  5．6．3  天花板表面運(yùn)動(dòng)腳掌的作用
  5．6．4  水平地面／垂直墻面／天花板表面運(yùn)動(dòng)腳掌作用對(duì)比
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   插圖：   3.4.5信號(hào)調(diào)理與數(shù)據(jù)采集 1.信號(hào)調(diào)理 應(yīng)變式三維力傳感器陣列的16個(gè)傳感器共有48路惠斯登電橋電路，即傳感器陣列需要18路的電壓激勵(lì)和48個(gè)通道的傳感器輸出信號(hào)調(diào)理電路。多通道的傳感器輸出電壓信號(hào)為毫伏級(jí)的微弱信號(hào)，極易受噪聲影響，因此在將輸出電壓信號(hào)進(jìn)行模／數(shù)轉(zhuǎn)換之前要先進(jìn)行放大、濾波或隔離等預(yù)處理，即信號(hào)調(diào)理。常見(jiàn)的信號(hào)調(diào)理類型有放大、隔離、濾波、傳感器激勵(lì)、線性化等。 2.信號(hào)調(diào)理設(shè)備 在對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究課題和儀器設(shè)備供應(yīng)商進(jìn)行調(diào)研之后，選擇了美國(guó)NI公司的應(yīng)變信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)作為三維力傳感器陣列的信號(hào)調(diào)理裝置，包括6塊通用應(yīng)變測(cè)量模塊（每個(gè)模塊8個(gè)通道，共48通道）。每塊通用應(yīng)變測(cè)量模塊可以實(shí)現(xiàn)8組獨(dú)立橋路的信號(hào)調(diào)理，橋路的供橋激勵(lì)電壓由模塊內(nèi)的程控電源提供，8組橋路的供橋電源彼此獨(dú)立，供橋電壓可設(shè)定為0～10 V內(nèi)的17個(gè)級(jí)別，輸出非常穩(wěn)定。除實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大的功能外，還帶有低通濾波功能。通過(guò)使用截止頻率為10 Hz的低通濾波以及穩(wěn)定的激勵(lì)電源，可以有效提高信號(hào)的信噪比。采集信號(hào)的同步是傳感器陣列測(cè)試中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。通用應(yīng)變測(cè)量模塊能提供供電電壓、對(duì)輸入的傳感器信號(hào)進(jìn)行調(diào)理放大。 信號(hào)調(diào)理電路做前端信號(hào)調(diào)理時(shí)，向數(shù)據(jù)采集設(shè)備傳遞數(shù)據(jù)有兩種基本的操作模式即多路復(fù)用模式和并行模式。采用多路復(fù)用模式時(shí)信號(hào)調(diào)理設(shè)備的所有輸入通道都被復(fù)合到一個(gè)通道輸出。在缺省情況下，以差分方式輸出到數(shù)據(jù)采集設(shè)備的0通道。如果機(jī)箱中裝有多個(gè)模塊（如SCXI—1001機(jī)箱內(nèi)部的6塊SCXI—1520模塊），則只需要將一個(gè)模塊直接連接到數(shù)據(jù)采集設(shè)備（A∕D卡），數(shù)據(jù)采集設(shè)備可以通過(guò)信號(hào)調(diào)理設(shè)備總線訪問(wèn)機(jī)箱中的其他模塊。配合PCI—6052E數(shù)據(jù)采集卡，在多路復(fù)用模式下，可以實(shí)現(xiàn)多通道的同步采樣。 數(shù)據(jù)采集應(yīng)變式三維力傳感器陣列的48通道的數(shù)據(jù)采集硬件為NI公司的PCI—6052E數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集軟件為該公司LabVIEW開(kāi)發(fā)環(huán)境下編寫(xiě)的專用于三維力傳感器陣列的48通道的數(shù)據(jù)采集的程序。 LabVIEW是NI公司推出的一個(gè)圖形化軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，在測(cè)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)領(lǐng)域有非常大的優(yōu)勢(shì)。它不僅提供了幾乎所有經(jīng)典的信號(hào)處理函數(shù)和大量現(xiàn)代的高級(jí)信號(hào)分析工具，而且LabVIEW程序還非常容易和各種數(shù)據(jù)采集硬件集成。在LabVIEW環(huán)境中開(kāi)發(fā)的一個(gè)程序叫做Virtual Instrument（簡(jiǎn)稱VI），即虛擬儀器。虛擬儀器是一種具有傳統(tǒng)的獨(dú)立儀器功能的硬件與軟件的組合，由一個(gè)用戶接口的前面板和一個(gè)框圖程序組成。使用LabVIEW開(kāi)發(fā)虛擬儀器最大的好處就是提高開(kāi)發(fā)的效率。在動(dòng)物運(yùn)動(dòng)力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)的研制過(guò)程中使用的是LabVIEW 6.1版本，完成了多個(gè)不同功能和設(shè)備的數(shù)據(jù)采集程序。 動(dòng)物運(yùn)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)試程序整體上可以分成3個(gè)模塊即開(kāi)始采集模塊、初始化模塊、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與保存模塊。

編輯推薦

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