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| 編輯推薦： |
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本书分别对具有特殊弹跳能力的蝗虫、跳甲和具有水下运动能力的蚯蚓、泥鳅的特殊生理结构进行了机理分析和基于其机理的仿生设计,可供从事仿生机器人研究设计的工程技术人员参考.
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| 內容簡介： |
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本书首先介绍了仿生设计的相关背景，并对国内外仿生设计的研究现状及未来的发展方向进行了阐述。其次，分别对具有特殊弹跳能力的蝗虫、跳甲和具有水下运动能力的蚯蚓、泥鳅的特殊生理结构进行了机理分析和基于其机理的仿生设计。同时对狷羚下颚骨化石的特殊生理结构进行了建模和分析，以揭示其进化机理。*后，运用生命周期评价方法对基于仿生设计的产品进行了生命周期评价，以说明仿生设计所具有的更符合可持续发展的本质特点。本书可以作为工科专业博士、硕士研究生和本科生的教材，也可以供其他研究仿生学和生命周期评价的学者参考。在工程领域，本书还可以为从事仿生产品结构优化的工程人员提供一种新的设计方法。
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| 目錄：
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目录
第1章仿生设计1
1.1仿生设计概述1
1.2仿生设计的研究现状3
1.2.1地面仿生机器人4
1.2.2水下仿生机器人7
1.2.3空中仿生机器人11
1.3仿生设计的目的和意义12
第2章仿生对象观测与机理分析14
2.1蝗虫的观测及弹跳机理分析14
2.1.1结构观察14
2.1.2弹跳机理分析16
2.2跳甲的观测及弹跳机理分析19
2.2.1结构观察19
2.2.2弹跳机理分析20
第3章昆虫弹跳过程数学模型建立及计算24
3.1弹跳模型24
3.2弹跳模型计算26
3.2.1蝗虫弹跳模型计算26
3.2.2跳甲弹跳模型计算29
第4章仿生弹跳机器人设计及运动仿真分析32
4.1引言32
4.2仿生蝗虫弹跳机器人33
4.2.1总成设计33
4.2.2弹跳机械部分设计34
4.2.3工作过程38
4.3仿生跳甲机器人39
4.3.1总成设计39
4.3.2弹跳机械部分设计40
4.3.3工作过程42
4.4仿生弹跳机器人设计方案确定43
4.4.1机构势能释放方式比较43
4.4.2弹跳腿部结构比较44
4.4.3设计方案确定44
4.5仿生弹跳机器人运动分析与计算45
4.5.1齿轮组结构分析与传动计算45
4.5.2偏心轮结构分析与传动计算46
4.5.3弹跳腿结构分析与传动计算47
4.5.4弹跳过程分析与计算49
4.6仿生弹跳机器人整体结构52
第5章仿生水下机器人设计54
5.1引言54
5.2蚯蚓的特征及运动机理分析55
5.2.1蚯蚓的特征分析57
5.2.2蚯蚓的运动机理分析58
5.3泥鳅的特征及运动机理分析58
5.3.1泥鳅的特征分析59
5.3.2泥鳅的运动机理分析60
5.4仿生蚯蚓水下机器人61
5.4.1拱泥头设计62
5.4.2前进转向机构设计63
5.4.3支撑机构设计64
5.4.4工作原理64
5.5仿生泥鳅水下机器人66
5.5.1结构设计66
5.5.2工作原理68
5.6两种水下仿生机器人设计方案的比较69
第6章古生物建模及有限元分析71
6.1引言71
6.2古生物的建模72
6.2.1等阈值面显示法72
6.2.2多阈值面显示法74
6.2.3特定结构提取法75
6.2.4综合实例77
6.3古生物模型的优化80
6.4古生物模型的有限元分析82
第7章仿生弹跳机器人的生命周期评价88
7.1引言88
7.2目标与范围的定义89
7.3清单分析90
7.4影响评价93
7.5结果解释98
第8章仿生水下机器人的生命周期评价100
8.1引言100
8.2目标与范围的确定101
8.3清单分析103
8.4影响评价106
8.5结果解释113
参考文献115
第1章仿生设计1
1.1仿生设计概述1
1.2仿生设计的研究现状3
1.2.1地面仿生机器人4
1.2.2水下仿生机器人7
1.2.3空中仿生机器人11
1.3仿生设计的目的和意义12
第2章仿生对象观测与机理分析14
2.1蝗虫的观测及弹跳机理分析14
2.1.1结构观察14
2.1.2弹跳机理分析16
2.2跳甲的观测及弹跳机理分析19
2.2.1结构观察19
2.2.2弹跳机理分析20
第3章昆虫弹跳过程数学模型建立及计算24
3.1弹跳模型24
3.2弹跳模型计算26
3.2.1蝗虫弹跳模型计算26
3.2.2跳甲弹跳模型计算29
第4章仿生弹跳机器人设计及运动仿真分析32
4.1引言32
4.2仿生蝗虫弹跳机器人33
4.2.1总成设计33
4.2.2弹跳机械部分设计34
4.2.3工作过程38
4.3仿生跳甲机器人39
4.3.1总成设计39
4.3.2弹跳机械设计40
4.3.3工作过程42
4.4仿生弹跳机器人设计方案确定44
4.4.1机构势能释放方式比较44
4.4.2弹跳腿部结构比较44
4.4.3设计方案确定45
4.5仿生弹跳机器人运动分析与计算45
4.5.1齿轮组结构分析与传动计算45
4.5.2偏心轮结构分析与传动计算47
4.5.3弹跳腿结构分析与传动计算48
4.5.4弹跳过程分析与计算50
4.6仿生弹跳机器人整体结构52
第5章仿生水下机器人设计54
5.1引言54
5.2蚯蚓的特征及运动机理分析57
5.2.1蚯蚓的特征分析59
5.2.2蚯蚓的运动机理分析59
5.3泥鳅的特征及运动机理分析60
5.3.1泥鳅的特征分析61
5.3.2泥鳅的运动机理分析61
5.4仿生蚯蚓水下机器人63
5.4.1拱泥头设计64
5.4.2前进转向机构设计65
5.4.3支撑机构设计66
5.4.4工作原理66
5.5仿生泥鳅水下机器人69
5.5.1结构设计69
5.5.2工作原理70
5.6两种水下仿生机器人设计方案的比较72
第6章古生物建模及有限元分析74
6.1 引言74
6.2 古生物的建模75
6.2.1等阈值面显示法75
6.2.2多阈值面显示法77
6.2.3特定结构提取法78
6.2.4综合实例80
6.3古生物模型的优化83
6.4古生物模型的有限元分析85
第7章仿生弹跳机器人的生命周期评价91
7.1引言91
7.2目标与范围的定义92
7.3清单分析93
7.4影响评价96
7.5结果解释101
第8章仿生蚯蚓水下机器人的生命周期评价104
8.1引言104
8.2目标与范围的确定105
8.3清单分析107
8.4影响评价110
8.5结果解释117
参考文献119
仿生学及其工程应用目录目录
第1章仿生设计1
1.1仿生设计概述1
1.2仿生设计的研究现状3
1.2.1地面仿生机器人4
1.2.2水下仿生机器人7
1.2.3空中仿生机器人11
1.3仿生设计的目的和意义12
第2章仿生对象观测与机理分析14
2.1蝗虫的观测及弹跳机理分析14
2.1.1结构观察14
2.1.2弹跳机理分析16
2.2跳甲的观测及弹跳机理分析19
2.2.1结构观察19
2.2.2弹跳机理分析20
第3章昆虫弹跳过程数学模型建立及计算24
3.1弹跳模型24
3.2弹跳模型计算26
3.2.1蝗虫弹跳模型计算26
3.2.2跳甲弹跳模型计算29
第4章仿生弹跳机器人设计及运动仿真分析32
4.1引言32
4.2仿生蝗虫弹跳机器人33
4.2.1总成设计33
4.2.2弹跳机械部分设计34
4.2.3工作过程38
4.3仿生跳甲机器人39
4.3.1总成设计39
4.3.2弹跳机械设计40
4.3.3工作过程42
4.4仿生弹跳机器人设计方案确定44
4.4.1机构势能释放方式比较44
4.4.2弹跳腿部结构比较44
4.4.3设计方案确定45
4.5仿生弹跳机器人运动分析与计算45
4.5.1齿轮组结构分析与传动计算45
4.5.2偏心轮结构分析与传动计算47
4.5.3弹跳腿结构分析与传动计算48
4.5.4弹跳过程分析与计算50
4.6仿生弹跳机器人整体结构52
第5章仿生水下机器人设计54
5.1引言54
5.2蚯蚓的特征及运动机理分析57
5.2.1蚯蚓的特征分析59
5.2.2蚯蚓的运动机理分析59
5.3泥鳅的特征及运动机理分析60
5.3.1泥鳅的特征分析61
5.3.2泥鳅的运动机理分析61
5.4仿生蚯蚓水下机器人63
5.4.1拱泥头设计64
5.4.2前进转向机构设计65
5.4.3支撑机构设计66
5.4.4工作原理66
5.5仿生泥鳅水下机器人69
5.5.1结构设计69
5.5.2工作原理70
5.6两种水下仿生机器人设计方案的比较72
第6章古生物建模及有限元分析74
6.1 引言74
6.2 古生物的建模75
6.2.1等阈值面显示法75
6.2.2多阈值面显示法77
6.2.3特定结构提取法78
6.2.4综合实例80
6.3古生物模型的优化83
6.4古生物模型的有限元分析85
第7章仿生弹跳机器人的生命周期评价91
7.1引言91
7.2目标与范围的定义92
7.3清单分析93
7.4影响评价96
7.5结果解释101
第8章仿生蚯蚓水下机器人的生命周期评价104
8.1引言104
8.2目标与范围的确定105
8.3清单分析107
8.4影响评价110
8.5结果解释117
参考文献119
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| 內容試閱：
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在美国华盛顿州立大学做博士后期间，在导师Charles Pezeshki教授的引导下，笔者开始对仿生学和仿生设计产生兴趣。回国后，与德国波恩大学的Helmut Schimtz教授在甲虫的热传感器工作机理方面开展了合作研究，创造性地将工程中常用的有限元分析方法应用到甲虫的盘状热感知器的热感知机理分析中，获得了较为满意的结果。接下来，邀请了西班牙的Jord和Josep两位博士后到桂林电子科技大学开展合作研究。合作研究的主要内容是娃娃鱼和牛科动物的三维重构以及机构有限元分析，其目的是通过以上分析来研究其结构的进化机理。笔者所在团队在产品的生命周期评价领域也做了大量的研究工作，能定量而客观地评价产品的绿色度。
本书首先介绍了仿生设计的相关背景，并对国内外仿生设计的研究现状及未来的发展方向进行了阐述。其次，分别对具有特殊弹跳能力的蝗虫、跳甲和具有水下运动能力的蚯蚓、泥鳅的特殊生理结构进行了机理分析和基于其机理的仿生设计。同时对狷羚下颚骨化石的特殊生理结构进行了建模和分析，以揭示其进化机理。最后，运用生命周期评价方法对基于仿生设计的产品进行了生命周期评价，以说明仿生设计所具有的更符合可持续发展的本质特点。本书可以作为工科专业博士、硕士研究生和本科生的教材，还可以供其他研究仿生学和生命周期评价的学者参考。在工程领域，本书也可以为从事仿生产品结构优化的工程人员提供一种新的设计方法。
本书的主要创新点和应用价值在于系统地分析了不同类型生物的特殊结构，并巧妙地将工科领域常用的有限元分析方法应用到生物体结构的功能分析中来，解决了过去传统的分析方法无法解决的问题。另外，本书将生命周期方法与仿生设计有机地结合在一起，用定量的评价指标来说明仿生设计较之传统设计的优点。因此，本书具有学科交叉和学科融合的特点，全书既不拘泥于生物学，也不是简单的工程分析，这也许就是本书的难能可贵之处。
总之，科学技术的发展给我们带来了很多便利，但是，过度的工业化和信息化也存在一些弊端。在特定的时间点上，人类要学会回头看，重新寻找亿万年前祖先的生存和生产方式。实际上，仿生学就是向自然学习，回归自然，回归原始，最终将获得意想不到的收获。
本书由周祖鹏、刘旭锋、甘良棋编著。周祖鹏负责全书的整体布局、撰写和修改工作，刘旭锋负责各个章节的整理和修改工作，林永发和唐玉华分别负责第3章和第5章的撰写工作。在本书撰写过程中，甘良棋、董智鹏、张晓东、裴雨蒙、蒋开云、鹿浪和王义华等研究生协助笔者做了大量资料收集和整理工作。同时，本书的出版得到了桂林电子科技大学专著出版基金的资助。在此一并表示感谢。
由于水平有限，加之时间仓促，书中难免存在不足之处，敬请广大读者批评指正。
周祖鹏等
2018年11月于桂林
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