本文選題：山羊　切入點(diǎn)：仿生學(xué)　出處：《吉林大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：振動(dòng),普遍存在于各種機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中。機(jī)械,廣泛應(yīng)用于人們的日常生活里。由不同機(jī)械零部件構(gòu)成的無(wú)數(shù)種或大或小的機(jī)械設(shè)備,充斥著人們的工作和生活,在為人們帶來(lái)高效與便利的同時(shí),也帶來(lái)了或多或少的振動(dòng)危害。劇烈的沖擊振動(dòng),會(huì)引發(fā)人體骨骼、肌肉、關(guān)節(jié)損傷,導(dǎo)致房屋、橋梁破損;持續(xù)的穩(wěn)態(tài)振動(dòng),會(huì)影響人體內(nèi)臟功能,引起頭痛、耳鳴等不適,縮短建筑物的使用壽命,妨礙精密儀器實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)精度。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步,人們對(duì)生活質(zhì)量和工作環(huán)境的要求日益提高。適當(dāng)減弱振動(dòng)危害,努力消除振動(dòng)損傷,對(duì)于提升人們的生活舒適度,提高人們的工作質(zhì)量,具有重要意義。本文由山羊運(yùn)動(dòng)觀測(cè)出發(fā),通過(guò)運(yùn)動(dòng)特性分析,引發(fā)仿山羊減振裝置設(shè)計(jì)靈感。分別以山羊蹄匣和右前肢為仿生原型,進(jìn)行了仿生減振單元和仿生減振關(guān)節(jié)設(shè)計(jì),并對(duì)兩者進(jìn)行了概念性組合設(shè)計(jì),得到兼具穩(wěn)態(tài)減振和瞬態(tài)減振效果的仿生減振裝置。在山羊運(yùn)動(dòng)初步觀察的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了山羊運(yùn)動(dòng)觀測(cè)試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì),提供了山羊在不同狀態(tài)下靜止和運(yùn)動(dòng)的集中觀測(cè)方法,并利用Solid Works 2016對(duì)其進(jìn)行了三維建模。具體可觀測(cè)內(nèi)容包括:1、靜止于平面上的山羊,在平面向傾斜面緩慢變化過(guò)程中,四肢及軀干的平衡控制方式;2、山羊于平面、15°坡面和25°坡面上行走的運(yùn)動(dòng)方式異同點(diǎn);3、山羊左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎過(guò)程的運(yùn)動(dòng)步態(tài);4、靜止于平面上的山羊,在受到足下沖擊時(shí)四肢及軀干的平衡控制方式。其中,足下沖擊分為平動(dòng)沖擊和轉(zhuǎn)動(dòng)沖擊兩種。根據(jù)試驗(yàn)空間和加工成本,對(duì)設(shè)計(jì)的山羊運(yùn)動(dòng)觀測(cè)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了構(gòu)造改進(jìn)、位置調(diào)整及部件替換,并搭建了可用于試驗(yàn)的山羊運(yùn)動(dòng)觀測(cè)試驗(yàn)臺(tái)。設(shè)計(jì)了一種山羊運(yùn)動(dòng)步態(tài)周期觀測(cè)方法,并進(jìn)行了山羊運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)捕捉,得到了山羊0°、4°、8°、12°、16°、20°共六種坡度下的靜止?fàn)顟B(tài)體態(tài)特征;以及山羊以1km/h、2km/h、3km/h、4 km/h、5 km/h共五種速度,分別在0°、10°、20°共三種坡度下運(yùn)動(dòng)的步態(tài)周期�？偨Y(jié)并分析了山羊于輕松狀態(tài)下0°坡度上的離散運(yùn)動(dòng),輕松狀態(tài)下10°坡度上的離散運(yùn)動(dòng),輕松狀態(tài)下10°坡度上的連續(xù)運(yùn)動(dòng),疲勞狀態(tài)下10°坡度上的連續(xù)運(yùn)動(dòng),以及輕松狀態(tài)下20°坡度上的連續(xù)運(yùn)動(dòng),共五種運(yùn)動(dòng)方式下的步態(tài)周期規(guī)律。簡(jiǎn)要總結(jié)了山羊于不同坡面上靜止時(shí)的平衡控制方式。針對(duì)山羊在水平路面上進(jìn)行慢速、常速、快速直線運(yùn)動(dòng),以不同速度進(jìn)行上、下樓梯運(yùn)動(dòng),在特殊狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)的具體過(guò)程,進(jìn)行了視頻拍攝、圖像處理、步態(tài)分析,以及運(yùn)動(dòng)規(guī)律總結(jié)。對(duì)山羊蹄匣進(jìn)行了生物觀測(cè),并以山羊蹄匣為仿生原型,進(jìn)行了仿生減振單元設(shè)計(jì)。利用澆鑄成型方法制備了帶孔仿生樣件和無(wú)孔標(biāo)準(zhǔn)樣件。自主設(shè)計(jì)并搭建了仿生減振單元性能測(cè)試系統(tǒng),以孔傾斜角、壓力塊質(zhì)量和激勵(lì)電壓作為試驗(yàn)因素,以固有頻率和最大傳遞比作為試驗(yàn)指標(biāo),進(jìn)行了試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)。采用曲線分析方法、極差分析方法和部分正交多項(xiàng)式回歸分析方法,對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了計(jì)算和分析。對(duì)山羊右前肢和右后肢進(jìn)行了去皮處理,觀察了兩肢體的受迫運(yùn)動(dòng)過(guò)程,并選定山羊右前肢腕關(guān)節(jié)作為仿生原型。對(duì)右前肢進(jìn)行了測(cè)量和去肉處理,并借鑒肢體運(yùn)動(dòng)方式和過(guò)程,利用Solid Works 2016軟件,先由簡(jiǎn)到繁,再由繁到簡(jiǎn),進(jìn)行了仿生關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),共得到六代仿生減振關(guān)節(jié)。對(duì)每代關(guān)節(jié)進(jìn)行了減振機(jī)理分析,選取具有代表性的第五代和第六代關(guān)節(jié)作為主要研究對(duì)象,進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模及仿真分析。利用Solid Works 2016軟件,進(jìn)行了仿生減振臺(tái)架、仿生減振腿和仿生減振平臺(tái)的概念性設(shè)計(jì)。本文提出的用于山羊活動(dòng)方式觀測(cè)的試驗(yàn)平臺(tái),可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和肌電信號(hào)的同步采集,為山羊運(yùn)動(dòng)步態(tài)、應(yīng)激反應(yīng)、平衡控制方式的集中研究提供了保障;以山羊蹄匣為仿生原型,設(shè)計(jì)出仿生減振單元,引發(fā)了仿生學(xué)在穩(wěn)態(tài)減振應(yīng)用方面的新思考;以山羊右前肢為仿生原型,設(shè)計(jì)出仿生減振關(guān)節(jié),實(shí)現(xiàn)了減振關(guān)節(jié)剛度的函數(shù)化可控。
[Abstract]:A bionic vibration damping device is made up of goat ' s hoof box and right front limb , which can affect human body ' s internal organs function , cause headache , tinnitus and other discomfort , shorten the service life of building and prevent the precision instrument from being damaged . In this paper , the gait cycle of goat ' s gait cycle is analyzed by using curve analysis method , extreme difference analysis method and partial orthogonal polynomial regression analysis method . The results are as follows : 1 km / h , 2 km / h , 3 km / h , 4 km / h and 5 km / h are used as the experimental factors . The bionic joint structure design is carried out by using Solid Works 2016 software , and the bionic joint structure design is carried out . The concept design of bionic vibration damping bench , bionic vibration damping leg and bionic vibration damping platform is carried out by using solid Works 2016 software .

【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB535.1;TB17

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本文編號(hào)：1697025