仿生学在机械方向的应用

仿生学在机械方向的应用

仿生学，可以使用到很多的领域和行业。在机械设计上，它的实际效果和设计理念也是表现得很明显的，其作用在机械设计上将会极大的强化机械的实际操作性，对于机械的研发改革是有很大的指导意义的。

机械仿生设计的角度分为很多，如机械功能结构、机械运动性、机械材料、机械控制性能等。

机械功能结构的仿生设计，是整个设计过程的中心内容，只有这样的才可以将生物身上的功能性优势展现在机械身上去，这两者的结合是和不容易的。自然界的生物是历经种种修炼和磨合，使得可以很好的适应自然环境，在这样的过程中无论是自己的形态，还是其结构都发生了很大的变化，这就是适应自然的结果。我们就是要利用生物身上这样的优势结构，将其使用到我们的器械的设计理念里。

对于机械的运行性能的研究就要对仿生学的运动技能展开深入的研究，要想充分的了解动物的运动机制，我们就要从多方面的内容着手，无论是其形态组成，还是其功能实现都要进行仔细的研究，确保形成全面的研究体系。在运动性上，我们关注的对象是仿生机器人的设计。我们关注一些有着运动性的机械设计，比如杯状饮料机械的手的设计，使用的是双曲结构，可以保证收到灵活性，可以满足现实的种种需要。还有就是生物肌肉的反应几乎是跟我们的实际的肌肉的反应速度是一样的，这就是对于其运动性的充分利用。

在仿生种类中还有一种仿生，其应用的范围十分的广泛，无论是生物的组成，还是其结构流程，都可以很准确的把握，并且以此来开展材料的设计，这就是为了更好的使用机械。天然材料的结果组织，微型纤维的研究，有利于我们开展复合材料的设计，这样的话以高仿生材料来代替本身有着缺陷的材料，这对于机械来说可以极大的强化其使用的价值，将最好的仿生材料应用的这样的环境是很有利于我们的机械设计的。

现代机器系统很多的都是采用机电合一的，是为了保证对于机械的智能控制，这是未来机械的发展趋势也是现在的机械不断发展的动力源泉。为了实现对于机械的控制更加的人性化和智能化，就会对于生物的控制展开研究，这样的话就会不断的增加我们在机械控制能力上的尝试，比如智能机器人的有效控制，在于农业方面表现的更加的明显。日本和美国都在农业领域展开智能化操作，其操作的主体就是对于机械控制性能上的仿生原理的使用，其在与定位，在于导航方面都

是有很大的指导性的，可以确保农业生产的均匀化作业，精准化操作。

同样仿生机械的种类有很多，按功能划分大致可以分为移动、抓取、游动、飞行等四类。

1.仿生移动机械

移动机构作为运输的平台在汽车领域、机器人领域及各类特种任务完成领域有着举足轻重的作用,传统移动机构的主要形态是轮式,结构相对简单可靠,技术成熟,且科技的发展使得现代移动机构负重能力不断加强,灵活性不断提高,在大多数情况下都能满足要求。随着人类涉足领域越来越广泛,在某些特殊环境下却不见的是最佳选择。研究者也看到了生物体的移动能力对环境的适应性是机械无可比拟的,部分生物在特殊环境中的移动能力更是令人叫绝。正是由于认识到了这一点,仿生机械学者在仿生移动机构方面做了大量大的工作,取得了许多成果。根据所移动环境的不同,移动机构又分为常规地形移动机构、松软地面移动机构、墙面移动机构和狭小空间移动机构等。

2.仿生抓取机械

目前仿生机械在抓取功能方面的研究集中于仿人形机械手,主要因为人手共有 27个自由度,不但能精确定位还能做出复杂精细的动作,这些都是传统机械很难做到的。它们可分为工业机器人用机械手、科研智能机器人用机械手和医疗用机械手。然而目前机械手常用的为7个自由度，已经可以完成大部分抓取动作。

3.仿生游动机械

早在上世纪五六十年代,仿生机器鱼的研究就已经受到了机器人学者的重视,有关理论和实验得到不断发展。相信随着科学技术的发展，水下无人潜器在海洋生物研究、地形勘测、海洋军事等方面的应用将会日益广泛,拥有广阔的应用价值和开发潜质。

4.仿生飞行机械

仿生学在飞行机械中的应用更多的是在微型飞行器方面,尤其是微型扑翼飞行器,这是一种模仿鸟类和昆虫飞行,基于仿生学原理设计制造的新型飞行机器。不同于传统飞行理论, 飞行器的研究主要从两个方面展开:非定常高升力机理分析和柔性扑翼的气动特性分析。由于没有具体的理论和经验公式可以遵循,目前对飞行器空气动力学问题的研究还处于起步阶段。