年的进化逐渐形成的，有时追求结构仿生的完全一致 性是不必要的。
如人的每只手有14个关节，20个自由度，如果完 全仿人手结构，会造成结构复杂、控制也困难的局面 。所以仿二指和三指的机械手在工程上应用较多。
第五章仿生原理与创新设计
4、仿生的结果具有多值性： 要选择结构简单、工作可靠、成本低廉、使用寿命
研究生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,称为仿生学（bionics）。
第五章仿生原理与创新设计
第五章 仿生原理与创新设计
第一节 仿生学与仿生机械学概述 一、仿生学
研究生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,称为仿生学（bionics）。
一、鱼类摆动推进的泳动力学原理
身体波浪式摆动推进
尾鳍摆动式推进
第五章仿生原理与创新设计
二、鱼类推进系统的结构
第五章仿生原理与创新设计
三、游动仿生机器人实例
第五章仿生原理与创新设计
第五章仿生原理与创新设计
仿生企鹅
第五章仿生原理与创新设计
第五章仿生原理与创新设计
第五章仿生原理与创新设计
第五章仿生原理与创新设计
二.蛇行机器人
第五章仿生原理与创新设计
二.蛇行机器人
第五章仿生原理与创新设计
二.蛇行机器人
第五章仿生原理与创新设计
二.蛇行机器人
第五章仿生原理与创新设计
第五节 飞行与仿生机构的设计
一、飞行仿生机器人的翅
1、以静电致动方的仿生扑翼
1) 扑翼结构
蜂 鸟
飞行昆虫的特征如外部骨骼、弹性关节、
变形胸腔以及伸缩肌肉等为我们设计微型飞行
第五章仿生原理与创新设计
仿生学的研究内容主要有： 1、机械仿生：
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 模仿各种生物的运动装置。
第五章仿生原理与创新设计
2、力学仿生： 研究并模仿生物体总体结构与精细结构的
静力学性质，以及生物体各组成部分在体内相 对运动和生物体在环境中运动的动力学性质。
二、拟人型步行机器人
第五章仿生原理与创新设计
二、拟人型步行机器人
MIT的仿人机器人
第五章仿生原理与创新设计
二、拟人型步行机器人
日本本田asimo仿人机器人
第五章仿生原理与创新设计
二、拟人型步行机器人
日本本田asimo仿人机器人
第五章仿生原理与创新设计
北京理工大学的仿人机器人—打太极拳
第五章仿生原理与创新设计
仿生机械手录像之八
第五章仿生原理与创新设计
第三节 步行与仿生机构的设计
一、有足动物腿部结构与运动分析
人腿部运动分析 大腿相对股骨关节转动角度 小腿相对膝关节转动角度 足底运动 —— 足底着地，足底平放，足底推离
鸟类腿部运动分析 大腿相对股骨关节转动角度 小腿相对膝关节转动角度
第五章仿生原理与创新设计
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 。
第五章仿生原理与创新设计
3、电子仿生： 模仿动物的脑和神经系统的高级中枢的智
能活动、生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。
第五章仿生原理与创新设计
第五章 仿生原理与创新设计
第一节 仿生学与仿生机械学概述 一、仿生学
竹鸢
楼兰古城的 有翼天使
木牛流马
第五章仿生原理与创新设计
第五章 仿生原理与创新设计
第一节 仿生学与仿生机械学概述 一、仿生学
第五章仿生原理与创新设计
第五章 仿生原理与创新设计
第一节 仿生学与仿生机械学概述 一、仿生学
第五章仿生原理与创新设计
第五章仿生原理与创新设计理与创新设计
法国DIY扑扇翼
第五章仿生原理与创新设计
鸟的内部结构 视频二 视频一
第五章仿生原理与创新设计
扑翼机测试
第五章仿生原理与创新设计
第五章仿生原理与创新设计
第五章仿生原理与创新设计
第六节 游动与仿生机构的设计
长、制造维护方便的仿生机构方案。 5、仿生设计的过程也是创新的过程： 要注意形象思维与抽象思维的结合，注意打破定
势思维并运用发散思维解决问题的能力。
第五章仿生原理与创新设计
第二节 仿生机械手
一、仿生机械手的机构组成 1、仿生机械手机构的运动副及自由度
仿生机械手的机构一般为开链 机构，由若干构件组成。
第三节 步行与仿生机构的设计
一、有足动物腿部结构与运动分析
四足动物腿部运动分析 前腿运动-大腿相对于小腿是向后弯的； 后腿运动-大腿相对于小腿是向前弯的。
第五章仿生原理与创新设计
二、拟人型步行机器人
第五章仿生原理与创新设计
二、拟人型步行机器人
第五章仿生原理与创新设计
二、拟人型步行机器人
第五章仿生原理与创新设计
中国的外骨骼
第五章仿生原理与创新设计
美国雷神公司的外骨骼
第五章仿生原理与创新设计
美国雷神公司的外骨骼
第五章仿生原理与创新设计
美国洛克希德马丁公司的外骨骼
第五章仿生原理与创新设计
三、多足步行仿生机器人 四足走行动作的运动机理与分析 四足步行相：三足着地，四足的交替运动顺序 小跑相：三足着地与二足着地交替进行 跑相：三足着地、二足着地、单足着地交替进行
器提供了借鉴思路。
第五章仿生原理与创新设计
两自由度胸 腔式扑翼驱 动机构
两自由度胸 腔式扑翼驱 动机构拍翅 微飞行器
第五章仿生原理与创新设计
2）仿生扑翼机构设计
第五章仿生原理与创新设计
二、飞行仿生机器 人实例
第五章仿生原理与创新设计
微型飞行机器人
第五章仿生原理与创新设计
苍蝇机器人
第五章仿生原理与创新设计
第四节 爬行与仿生机构的设计
一、仿生爬行机器人机构 1、爬壁机器人 2)吸附机构 真空吸盘、磁铁等。
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爬行壁虎机器人
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一、仿生爬行机器人机构
第五章仿生原理与创新设计
一、仿生爬行机器人机构
第五章仿生原理与创新设计
一、仿生爬行机器人机构
第五章仿生原理与创新设计
第五章仿生原理与创新设计
双足跑步机器人的运动状态
第五章仿生原理与创新设计
人体骨骼
第五章仿生原理与创新设计
日本的外骨骼
第五章仿生原理与创新设计
机器人外骨骼
第五章仿生原理与创新设计
第五章仿生原理与创新设计
川崎的可负重30kg的外骨骼
第五章仿生原理与创新设计
可助瘫患者站立的外骨骼
第五章仿生原理与创新设计
5、信息与控制仿生： 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。
第五章仿生原理与创新设计
二、仿生机械学
仿生机械（bio-simulation machinery） ，是模仿生物的形态、结构、运动和控制，设 计出功能更集中、效率更高并具有生物特征的 机械。
n-构件数，k-运动副数，Pk-运动副约束数
第五章仿生原理与创新设计
手臂的自由度为 F=6×19-(2×1+3×2+4×6+5×11)=27 手指部分的自由度为 F=6×15-（4×5第+五5章×仿生1原0理）与创=新设2计0
二、仿生机械手实例
三指机械手 五指机械手
人工肌肉
第五章仿生原理与创新设计
第五章仿生原理与创新设计
在腿足机构的端点连接吸掌以后, 对掌机构的 要求主要有:
(1) 掌的姿态可以调节控制，以便在地壁过渡 行走时适应壁面法线方向；
(2) 调节掌机构的驱动装置尽可能安装到机器 人机体上；
(3) 爬壁机器人在壁面上移动时, 处于支撑相 的掌与足端应没有限制转动的强迫约束。
第五章仿生原理与创新设计
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3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
2020/12/11
第五章仿生原理与创新设计
仿生机械手录像之三
第五章仿生原理与创新设计
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弹钢琴的指法-轮指
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仿生机械手录像之五
第五章仿生原理与创新设计
仿生机械手录像之六
第五章仿生原理与创新设计
仿生机械手录像之七
第五章仿生原理与创新设计
第五章仿生原理与创新 设计
2020/12/11
第五章仿生原理与创新设计
第五章 仿生原理与创新设计
第一节 仿生学与仿生机械学概述 一、仿生学
第五章仿生原理与创新设计
第五章 仿生原理与创新设计
第一节 仿生学与仿生机械学概述 一、仿生学
第五章仿生原理与创新设计
第五章 仿生原理与创新设计
第一节 仿生学与仿生机械学概述 一、仿生学
第四节 爬行与仿生机构的设计
一、仿生爬行机器人机构 1、爬壁机器人
1)足-掌机构 为了使仿生爬行机器人具有近似于爬行动物 的运动特性，爬壁机器人对足-掌机构都有特殊 的要求。