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
人类两足步行
2
抬腿相
1
足端轨迹
鸟类两足步行
落地相
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
两 足 步 行 机 器 人
本田仿人机器人
北理仿人机器人
自制仿人机器人
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
谢谢
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
前腿
后腿
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
多
足
步
行
探月多足机器人
机
器
人
仿生机器骡马
6足机器人
6足机器人机构模型
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
第一节 仿生学与仿生机械学概述 一、仿生
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）。
第一节 仿生学与仿生机械学概述
一、仿生
主要研究内容
仿生学
信
机 械 仿 生 学
力 学 仿 生
电 子 仿 生 学
化 学 仿 生
息 与 控 制 仿
第二节 仿生机械手 一、仿生机械手的机构组成
S
肱骨
S
R
尺骨 桡骨
SG S’=1
S’=4 R=10
5
F 6n kpk k 1
pI 0, pI1 1, pIII 2, pIV 6, pV 11,
F=6×19-(2×1+3×2+4×6+5×11)=27 同理可求得手指部分的自由度为 F=6×15-（4×5+5×10）=20
1、了解仿生对象的具体结构和运动特性。 2、避免“机械式”仿生。 3、注重功能目标，力求结构简单。 4、仿生的结果具有多值性。 5、仿生设计的过程也是创新的过程。
第二节 仿生机械手 一、仿生机械手的机构组成 仿生机械手机构的运动副及自由度
开链机构，由若干构件组成。
5
F 6n kpk k 1
n-构件数，k-运动副数，pk-运动副约束数
第二节 仿生机械手 二、仿生机械手实例
五指机械手
人工肌肉
第二节 仿生机械手 二、仿生机械手实例
皮肤机械手
同步操作机械手
第二节 仿生机械手 二、仿生机械手实例
三指机械手
四指机械手
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
足端运行轨迹的测定与分析 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
生
第一节 仿生学与仿生机械学概述 二、仿生机械
➢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。
功能仿生
仿
生
结构仿生
机 械
材料仿生
控制仿生
第一节 仿生学与仿生机械学概述 三、仿生机械学注意事项
第五节 飞行与仿生机构的设计 一、飞行仿生机器人的翅
2、仿生扑翼机构设计
第五节 飞行与仿生机构的设计 二、飞行仿生机器人实例
第五节 飞行与仿生机构的设计 二、飞行仿生机器人实例
微型飞行机器人
第五节 飞行与仿生机构的设计 二、飞行仿生机器人实例
苍蝇机器人
第六节 游动与仿生机构的设计 一、鱼类摆动推进的泳动力学原理
现代设计理论与方法 总结报告
题目：仿生原理与创新设计
第九组
小组成员：
第一节 仿生学与仿生机械学概述 第二节 仿生机械手 第三节 步行与仿生机构的设计 第四节 爬行与仿生机构的设计 第五节 飞行与仿生机构的设计 第六节 游动与仿生机构的设计
生活中 的
仿生学
蝙蝠 鱼尾 人眼晶状体 电鱼 鸟
雷达 船橹 透镜 电池 飞机
仿生设计实例分析 仿生开发实例 → 新型拟人6自由度机械臂的研制
1
1、可行性论证
2
2、初步设计
仿生设计实例分析 仿生开发实例 → 新型拟人6自由度机械臂的研制
3
3、详细设计
仿生设计实例分析 仿生开发实例 → 新型拟人6自由度机械臂的研制
4
4、试制与测试
仿生设计实例分析 仿生开发实例 → 新型拟人6自由度机械臂的研制
身体波浪式摆动推进
尾鳍摆动式推进
第六节 游动与仿生机构的设计 二、鱼类推进结构
第六节 游动与仿生机构的设计 三、游动仿生机器人实例
仿生设计实例分析 仿生开发实例 → 新型拟人6自由度机械臂的研制
设计要求： 设计出运动规律类似于人体手臂的机械臂；
采用多种机械结构；活动空间基本达到人体手臂 的能力；功能类似人体手臂；能够灵活实用。
多足步行仿生机器人实例
第四节 爬行与仿生机构的设计 一、仿生爬行机器人机构
爬行机器人
爬墙机器人
管道机器人
蛇形机器人
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 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 型飞行器提供了借鉴思路。
5
5、设计改进
思考题: 1、仿生学与仿生机械学的联系？ 2、仿生机械手的主要结构特点？ 3、如何利用步行原理实现仿生设计理论与方法有了进一步认识了； 2：在以后的学习中怎样构建自己的知识结构平台； 3：讨论的过程中，看到了别人看待问题的方式； 4：逐渐看到自己不懂得地方和需要提高的地方。