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壁虎机器人的意思|壁虎机器人是什么意思基本解释壁虎机器人-简介壁虎机器人是指根据仿生学原理，模仿壁虎，设计出的一种机器人。
这种机器人能吸附在墙上行走、代替人类来执行反恐侦查、地震搜救等“高难度”的任务。
美国2006年，美国斯坦福大学科学家研制出的壁虎机器人，能在光滑如镜的垂直玻璃墙壁上行走如飞。
这是科学家模仿自然界中的壁虎为它设计的吸力手在发挥作用。
原理参与研制这种机器人的科学家MarkCutkosky解释了这种神奇吸力手的原理，在每个吸力手上，都有数百万根由人造橡胶制造的毛发，每根细毛的直径大约只有500个纳米左右，比人类的毛发还细很多，每根这种毛发的长度则只有不到2微米，这使得“粘人”的吸力手能非常的接近玻璃壁的表面，这样的结构还能够使得人造橡胶毛发中的分子和玻璃壁分子的距离异常接近。
此时，两者的分子们之间会产生一种奇异的自然现象，分子弱电磁引力，也叫“范德华力”。
每一对这种力大约可以帮助毛发产生抓起一只蚂蚁的力量。
虽然每一对力并不大，但是数百万根毛发产生的这种吸力却能够产生惊人的力量。
根据斯坦福大学分子物理学科学家们的研究，2平方毫米大小内的100万根这样的毛发就能够支持提起20公斤重量。
所以要让机器人能够附着在直壁上，吸力手只需要增大分子接触面。
在每根毛发的末梢，还有上千根更加细小的毛发分枝，每根毛发分枝的前端又有一个分叉。
无数的这种“范德瓦尔斯力”集合起来，“粘人”机器人也就自然能在墙壁上行走了。
事实上，壁虎也是使用了手掌上数百万级的被称为“刚毛”的毛发完成同样的工作的。
发展由于“粘人”机器人的爬墙能力并不像此前，利用真空吸盘靠大气压力吸附在垂直壁上的机器人那样依赖大气压，所以这种新机器人在将来可以用在太空探索、空间卫星维修和特殊环境的救险中。
此外“粘人”机器人也引起了美国军方的关注，他们希望能够进一步开发这种产品，让它们能为特种作战的士兵提供爬行手套和爬行服装。
中国2011年南京航空航天大学就研发出了能代替人来执行探测，拍摄等任务的仿生壁虎机器人，除了外形长的像壁虎，这个仿壁虎机器人还能代替人类来执行反恐侦查、地震搜救等“高难度”的任务，并且受邀参加了国家“十一五”重大科技成就展。
生物医学工程中的壁虎仿生运动机理研究生物医学工程与仿生学（Biomimetics）一直是许多人关注的领域，人们从生物的形态、结构、功能中汲取灵感，研发出更加高效、环保的机器人、医疗器械等。
壁虎仿生运动机理研究是当前一项备受关注的课题，本文将对此进行探讨。
壁虎是一种常见的动物，善于攀爬，能够在垂直的墙壁、天花板等平滑表面上自由移动而不掉落，这一现象一直引起了生物学家、物理学家的关注。
目前，人们已经开始仿照壁虎的运动方式来制造机器人或者其他装置，这涉及到一系列的问题，比如壁虎的足部结构、运动方式、应力传递等等。
在生物医学工程领域，研究壁虎的仿生运动机理也是非常重要的，可以为未来的医学器械和治疗提供思路和方法。
壁虎的足部是其攀爬能力的重要因素，足部表面具有大量类似于吸盘的结构，能够有效地增加与支撑面的接触面积，从而增加吸附力。
这些吸盘结构所依靠的力学原理是范德华力（Van der Waals force），这是一种分子间吸引力。
范德华力是吸附性能优良的材料或表面的主要吸附力之一，其作用原理与磁力或静电力不同，具有荷电、方向、极性、距离等因素影响的性质。
因此，研究壁虎吸盘结构的力学特性可以为设计吸盘式的机器人提供借鉴，从而提高机器人的移动性能和工作效率。
除了足部结构，壁虎的运动方式也是仿生研究的一个重要内容。
壁虎的运动方式是典型的四肢爬行（quadripedal crawling），这是一种类似于将身体分为四个支点的运动方式。
在四肢爬行中，壁虎必须控制好四肢的移动，达到一个相对平衡的状态，才能保持稳定、自如地爬行。
仿生学家们通常通过分析壁虎运动时的运动轨迹，结合计算机模型和控制算法，来设计出机器人的运动控制系统，以实现对移动姿态的精确控制。
不仅如此，壁虎运动时的各种应力传递和物理力学特性也值得关注。
壁虎在爬行时，会产生各种应力和位移。
如果这些应力和位移没有得到合理的控制和消散，就会对身体造成损伤和不利影响。
壁虎式机器人设计说明书一、引言壁虎式机器人是一种仿生机器人，其设计灵感来源于壁虎这种能够在垂直墙壁和天花板上爬行的动物。
本文将详细介绍壁虎式机器人的设计原理、结构和功能。
二、设计原理壁虎式机器人的设计原理基于壁虎的爬行能力，通过模拟壁虎足底的特殊结构和工作原理，实现机器人在垂直墙壁和天花板上的自由爬行。
壁虎足底具有数百万微小的刚毛，这些刚毛能够产生分子间吸附力，从而使壁虎能够在垂直表面上保持牢固的附着力。
三、结构设计1. 壁虎式机器人采用轻质材料制作机身，以降低重量，提高机器人的可操控性和稳定性。
2. 机器人的足底采用仿生设计，使用高强度材料制作刚毛状结构，以增加机器人与墙壁之间的附着力。
3. 机器人身体上装配有多个传感器，用于感知周围环境和墙壁表面的特征，以便机器人能够准确地选择爬行路径。
4. 机器人配备了高效的电池供电系统和稳定的电子控制系统，以确保机器人在爬行过程中的稳定性和持久性。
四、功能设计1. 壁虎式机器人具有自主导航功能，能够通过内置的导航系统自动规划最佳爬行路径，并实现自动避障。
2. 机器人配备了高清摄像头和红外传感器，能够实时监测周围环境，并将数据传输至操作者的控制终端。
3. 机器人可通过无线通信与外部设备进行连接，实现远程控制和数据传输。
4. 机器人具备抓取功能，可用于搬运小型物体或执行维修任务。
5. 机器人具备自我保护功能，当机器人检测到墙壁表面出现异常情况时，能够自动停止爬行并发送警报。
五、应用领域1. 壁虎式机器人在建筑维护和清洁领域具有广阔的应用前景，能够代替人工进行高空清洁和维修工作，提高工作效率和安全性。
2. 机器人在军事领域中可以用于侦察和搜救任务，能够在城市环境和复杂地形中执行任务。
3. 机器人还可以应用于科学研究和教育领域，用于探索生物仿生学和机器人技术的交叉领域。
六、结论壁虎式机器人是一种具有仿生特点的机器人，通过模拟壁虎的爬行能力实现在垂直墙壁和天花板上的自由爬行。
仿生学实例(仿生壁虎)乌贼和鱼雷诱饵乌贼体内的囊状物能分泌黑色液体，遇到危险时它便释放出这种黑色液体，诱骗攻击者上当。
潜艇设计者们仿效乌贼的这一功能读者设计出了鱼雷诱饵。
鱼雷诱醋似袖珍潜艇，可按潜艇的原航向航行，航速不变，也可模拟噪音、螺旋节拍、声信号和多普勒音调变化等。
正是它这种惟妙惟肖的表演，令敌潜艇或攻击中的鱼雷真假难辩，最终使潜艇得以逃脱。
蜘蛛和装甲生物学家发现蜘蛛丝的强度相当于同等体积的钢丝的5倍。
受此启发，英国剑桥一所技术公司试制成犹如蜘蛛丝一样的高强度纤维。
用这种纤维做成的复合材料可以用来做防弹衣、防弹车、坦克装甲车等结构材料。
长颈鹿和“抗荷服” 长颈鹿是目前世界上最高的动物，其大脑和心脏的距离约3米，完全是靠高达160~260毫米汞柱的血压把血液送到大脑的。
按一般分析，当长颈鹿低头饮水时，大脑的位置低于心脏，大量的血液会涌入大脑，使血压更加增高，那么长颈鹿会在饮水时得脑充血或血管破烈等疾病而死。
但是裹在长颈鹿身上的一层、厚皮紧紧箍住了血管，限制了血压，飞机设计师和航空生物学家依照长颈鹿皮肤原理，设计出一种新颖的“抗荷服”，从而解决了超高速歼击机驾驶员在突然加速爬升时因脑部缺血而引起的痛苦。
这种“抗荷服”内有一装置，当飞机加速时可压缩空气，也能对血管产生相应的压力，这比长颈鹿的厚皮更高明。
鲸鱼和潜艇的“鲸背效应” 当代核潜艇能长时间潜航于冰海之下，但若在冰下发射导弹，则必须破冰上浮，这就碰到了力学上的难题。
潜舴专家从鲸鱼每隔10分钟必须破冰呼吸一次中得到启迪，在潜艇顶部突起的指挥台围壳和上层建筑方面，作了加强材料力度和外形仿鲸背处理，果然取得了破冰时的“鲸背效应”。
蝴蝶和卫星控温系统遨游太空的人造卫星，当受到阳光强烈辐射时，卫星温度会高达200摄氏度；而在阴影区域，卫星温度会下降至零下200摄氏度左右，这很容易烤坏或冻坏卫星上的精密仪器仪表，它一度曾使航天科学家伤透了脑筋。
后来，人们从蝴蝶身上受到启迪。
仿生学的20个例子以下是仿生学的20个例子：1. 鲨鱼皮肤：模仿鲨鱼皮肤纹理的泳衣被称为“快皮”，它可以减少水流阻力，使游泳速度更快。
2. 飞鸟：飞机、直升机等飞行器的设计灵感来源于鸟类。
例如，莱特兄弟的飞机就是仿照鸟类的翅膀设计而成的。
3. 蝙蝠回声定位：模仿蝙蝠回声定位原理的雷达技术可以用于探测障碍物、跟踪目标等。
4. 蜻蜓翅膀：蜻蜓翅膀具有独特的结构，可以使其在飞行时自动调整角度和速度。
模仿蜻蜓翅膀的原理，可以设计出更轻、更高效的飞机和直升机。
5. 鱼类：鱼类的流线型身体可以使其在水中游得更快、更远。
模仿鱼类的身体结构，可以设计出更快的船只和潜水器。
6. 蜘蛛丝：蜘蛛丝具有很高的强度和弹性，可以用于制造高强度材料、生物材料等。
7. 蜜蜂舞蹈：蜜蜂通过特定的舞蹈来交流食物来源的位置信息。
人类通过模仿蜜蜂的舞蹈，可以更好地理解自然界的交流方式和生态系统的运作规律。
8. 蛇的热感应器官：模仿蛇的热感应器官，可以设计出用于寻找目标的红外线传感器。
9. 壁虎足部：壁虎足部具有粘附力强的特点，可以使其在垂直表面上攀爬。
通过模仿壁虎足部的结构和功能，可以制造出更可靠的粘附材料和表面材料。
10. 象鼻：大象的鼻子具有灵活、强壮的特点，可以用于挖掘、吸水等。
通过模仿象鼻的结构和功能，可以设计出更加实用的机械臂和工具手。
11. 鳄鱼夹子：鳄鱼的夹子具有强力的夹持力和自锁功能，可以用于夹持、固定等应用场景。
通过模仿鳄鱼夹子的结构和功能，可以制造出更加可靠的夹具和工具。
12. 鹿角：鹿角具有独特的结构和强度，可以用于防御和攻击。
通过模仿鹿角的结构和功能，可以设计出更加实用的材料和结构。
13. 蝴蝶翅膀：蝴蝶翅膀具有绚丽多彩的色彩和独特的结构，可以用于制造美丽的装饰品和艺术品。
通过模仿蝴蝶翅膀的色彩和结构，可以制造出更加美观的材料和表面处理技术。
14. 鼹鼠爪子：鼹鼠的爪子具有强大的挖掘能力，可以用于挖掘隧道和寻找食物。
《壁虎仿生材料》壁虎仿生材料是一种以壁虎为仿生对象的材料，其通过模仿壁虎的特殊结构和功能，实现了类似壁虎的粘附效果和自动脱附功能。
这种材料具有广泛的应用前景，可以用于医疗领域、机器人技术、可重复使用的粘合材料等领域。
壁虎是一种具有独特粘附能力的动物，它们可以在任何平滑的表面上自由爬行，无论是竖直的玻璃窗、光滑的墙壁，甚至是倒挂在天花板上，都能轻松自如。
这一特殊的能力得益于壁虎的足部结构，壁虎足部表面覆盖着众多微小而密集的毛细棒状结构，这些结构能够与表面形成分子间的相互作用力，从而产生粘附效果。
壁虎仿生材料的研发过程中，科研人员主要关注如何模仿壁虎足部结构。
通过对壁虎足部的显微观察和三维扫描，科研人员发现壁虎足部的微小棒状结构中存在很多纳米级的小孔，这些小孔与表面接触，形成分子间的吸引力，从而实现粘附效果。
基于这一发现，科研人员开始研发壁虎仿生材料。
首先，他们通过微纳加工技术制备出具有类似壁虎足部结构的材料，然后将其应用于特定的基材上，如玻璃、金属或塑料等。
通过这种方式，壁虎仿生材料能够实现与不同表面的粘附，从而实现在各种复杂环境下的应用。
壁虎仿生材料除了具有粘附特性外，还具有良好的自动脱附能力。
壁虎足部的微小棒状结构能够根据物体表面的形变进行调整，从而使其与表面的接触面积最大化，提供更强的粘附力。
当材料需要脱离表面时，只需改变材料的角度或施加适当的力，即可破坏表面与材料之间的相互作用力，实现脱附。
壁虎仿生材料的应用前景广阔。
在医疗领域，壁虎仿生材料可以用于开发具有粘附功能的医疗器械，如粘附性肠镜、粘附性手术器械等，可以提高手术的安全性和便利性。
在机器人技术领域，壁虎仿生材料可以应用于机器人的爬行模块，提供机器人在各种表面上的粘附能力，拓展机器人的应用范围。
此外，壁虎仿生材料还可以用于开发可重复使用的粘合材料，解决传统粘合剂在拆卸后无法重复使用的问题。
总之，壁虎仿生材料作为一种以壁虎为仿生对象的特殊材料，具有粘附和自动脱附功能，可以广泛应用于医疗领域、机器人技术、可重复使用的粘合材料等领域。
机械训练—仿生壁虎2013/4/12
仿生壁虎
随着科技的发展，日异月新。
如今机器人逐渐代替手工进入了人们的生活。
机器人还可以代替人类从事乏味、劳累和危险的工作, 甚至完成人类不能胜任的工作。
今天我们的课题就是通过观察壁虎的习性，制作一个仿生壁虎机器人，利用它的特点形态小，可以穿梭于复杂地形等特点。
可以被人们用来从事一些人类难以到达的地方进行工作。
比如进行地震后救灾探索，复杂古墓的侦查等工作。
目前仿生壁虎机器人技术的研究主要分为细分技术研究与移动
技术的研究，吸附技术研究主要是仿生生物的灵巧移动方式。
传统爬壁机器人的吸附结构主要采用磁力吸附、人的吸附结构主要是采用磁力吸附、真空吸附、静电吸附和化学粘附四种方式。
大多数爬壁机器人的足部都是通过使用吸盘、磁体或者粘性物质设计而成的。
这四种方式都存在各自的缺陷：磁力吸附要求壁面必须是磁体材料；真空吸附在壁面凹凸不平和多孔状况下吸附能力下降很快而且不能应用于
真空环境；静电吸附要求被接触表面具有导电特性，由于静电力十分小，往往不能提供足够的粘附力；化学粘附时年较容易挥发、固化，使得粘胶迅速被消化而影响粘附。
所有这些方式都无法适用于于布满灰尘且崎岖不平的表面。
传统爬壁机器人功能主要是吸盘式、车轮式
和履带式。
吸盘式能跨越很小的障碍，但移动速度比较慢；车轮式移动速度快、控制灵活，但维持一定的吸附能力比较困难；履带式对壁面的适应性强，着地面积大，但不容易转弯。
而这三种方式的跨越障碍能力都很弱。
传统爬壁机器人的驱动方式主要有汽缸驱动和电动机驱动两种方式。
汽缸和电机不仅质量大，增加机器人本身的重量，而且效率低，能耗非常大。
由于传统爬壁机器人在运动稳定性、灵活性、可靠性、简约的控制系统方面还存在着难于在短期内突破的技术瓶颈，因此对生物运动规律和生物及其人得研究近年来受到更多的重视。
我们此次研究将站在巨人的肩膀人，进行宏观的思考，对仿生壁虎的整体，原理、传动机构进行设计与创新。
1.原理：
第一，壁虎脚趾包含很多学问，堪称一种干性黏合剂。
壁虎脚趾上有数百个拍状突起，称为皮瓣，每个皮瓣上都生有数百万
刚毛，比人的头发要细10倍。
在显微镜下面，能看到每一个刚毛
末端又分成数百个直径只有几百纳米的更细的铲状丝，称为铲状
匙突，能和攀爬物表面的分子发生引力作用。
壁虎脚趾上细丝和
墙壁分子引力之间的这种相互作用称为范德华力，这种引力能使
它在玻璃上仅用一个脚趾就支撑起全部身体重量。
卡特科斯基说，这种“黏合剂”还是单向的，只有向一个方向拉时，才能黏紧，而
从另一个方向，则很容易取下来。
第二，壁虎之所以能够从地面以90度角直接爬墙，在于其身体就有一定的柔软性。
所以机器人用普通的齿轮连杆机构来驱动前爪是不现实的。
2.联动
原理中提到如果使用齿轮传动会给机器人的运作带来不便，所以我们小组经过讨论采用液压传动。
液压传动以液体作为工作介质，利用液体压力能来进行能量传递的传动方式。
液压传动系统的组成有下面几个部分：动力元件；执行元件；控制元件；辅助元件；工作介质这五个部分。
液压传动的优点：在相同输出功率的情况下，液压传
动装置的重量轻，结构紧凑，惯性小。
满足我们的设计要求，满足壁虎的轻小，适合复杂地形的运动。
液压传动操纵方便，易于控制。
通过控制阀，可方便地改变油液的压力大小，流动方向及流量大小，来控制执行机构输出力大小，运动方向及其速度。
我们可以采用电、液联合应用时，易于实现复杂的自动工作循环。
这样可以使壁虎自行爬行。
并且液压元件易于实现系列、标准化和通用化，便于设计、制造、维修。
但是由于介质动力油性质敏感，油的粘度受影响较大。
不宜在高温或者低温下工作。
所以我们将设计壁虎外壳时将采用可以保温的材料，尽可能的保护内部的温度恒定。
虽然由于油液的可压缩性和泄露等因素影响，液压不能保证严格的传动比，但是不影响我们设计的运动。
液压传动还存在一些缺点，但是相比其他传动而言，液压比较适合我们的设计。
3.传动：
壁虎在爬行时，其传动机构我们采用凸轮机构。
凸轮作机构的原动件。
凸轮机构是一种由凸轮、从动件和机架组成的高副传动机构。
凸轮的是具有曲线轮廓形状的构件，其运动方式是连续等速回转。
我们将采用盘形凸轮，结构简单实用。
推程计算，当尖顶与凸轮轮廓上的A点（基圆与轮廓AB的连接点）相接触时，从动件处于上升的起始位置。
当凸轮以w等角速度逆时针方向回转Ψ时，从动件尖顶被凸轮轮廓推动，以一定的规律由距回转中心最近位置A到达Bˊ，这个过程即为推程。
行程:从动件在推程中所走的距离h。
从动件位移图：在直角坐标系中，以横坐标代表凸轮转角θ，以纵坐标代表从动
件位移S，下图即为从动件的位移S与凸轮转角θ之间的关系曲线。
因为一般凸轮作等速转动，所以横坐标同时也代表时间t。
我们设计成凸轮机构作为传动机构，只需要设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到任意的预期运动，而且结构简单、紧凑、设计方便。
虽然凸轮从动件行程不能过大，但是不影响我们的设计。
壁虎在运动时候的每次前进的距离都不是很大。
4.爬行：
我们通过柱塞泵使用柱塞与壁虎的前脚使用角链接通过柱塞的推动
使壁虎侧面抬起前脚。
柱塞泵是依靠柱塞在缸体中往复运动，使密封工作容积发生变化来实现吸油和压油的。
柱塞泵它工作压力高，易于变量，流量范围大。
柱塞泵按其柱塞排列方向不同，可分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵两大类。
我们此次仿生壁虎将采用轴向柱塞泵。
下图为斜盘式轴向柱塞泵的工作原理图。
斜盘式轴向柱塞泵由传动轴1、斜盘2、柱塞3、缸体4和配流盘5等零件组成。
传动轴带动缸体旋转，斜盘和陪流盘是固定不动的。
柱塞俊分布于缸体内，并且柱塞头部考机械装置或在低压油最用下紧压在斜盘上。
斜盘的法线和缸体轴线交角为斜盘倾角λ。
当传动角按图示方向旋转时，柱塞一方面随缸体转动，另一方面还在机械装置或低压油的作用下，在缸体内作往复运动，柱塞在其自下而上的半圆周内旋转时逐渐向外伸出，由此将推动前脚右倾。
缸体每转动一周，每个柱塞往复运动一次，完成吸油、压油一次。
还可以通过改变斜角λ的大小，从而改变柱塞行程的长度。
我们将壁虎的爬行分为四个周期即，抬起脚，脚向前伸，脚落地，脚与身
体做相对运动，将身体向前拉。
实现壁虎身体向前爬行。
当然壁虎的四肢不能同时悬空，所以我们可以改变推动壁虎柱塞的位置，使壁虎脚处于不同的位置，四肢的最初运动状态是不一样的。
在壁虎爬行的过程中只有两只脚着地，就是对角线的两只脚。
这样壁虎在运动时防止使壁虎的爬行变成拖动。
或者我们使用单片机，通过控制单片机发送四个不同的脉冲信号（0001,0010，0100，1000）来控制壁虎前脚的运动状态。
从而控制壁虎的爬行。
5.机构运动过程：
壁虎的后脚由凸轮机构进行控制。
利用凸轮机构的特点来使壁虎后脚的抬起落下。
壁虎前脚柱塞泵的推动，来实现前脚的伸缩。
我们使用液压马达的原理，对压力油输入液压马达时，分为进油腔的顶出，和出油腔的收缩。
当然，在壁虎运动的过程之中，这两个腔是来回变换的。
我们就是控制柱塞在两腔的位置，来改变仿生壁虎脚的初始状态。
因为对角线的两个前脚与后脚都是处于相同的工作状态的。
我们在每个脚上都安装小电机来驱动。
每个电机的电线都是由同一个单片机进行控制。
单片机将置于壁虎的腹部位置。
使用编辑好的程序通过单片机来控制壁虎脚的运动，从而实现壁虎的运动。
在整个壁虎结构中，需要保护油路，防止油路堵塞或者断路。
所以壁虎的外壳将采用保温，塑性，韧性良好的材料。
6.壁虎的头部：
壁虎的头部相对于壁虎的脚而言，设计起来就会简单了许多。
壁虎的头部和身体由万向联轴器相连头部可以在360度进行旋转。
壁
虎的两只眼睛将会由两个微型摄像探头所取代。
并且安装了夜视镜，可以全天候工作。
将拍摄到的图像全真的传送回去。
7壁虎的尾部：
我们设计的尾巴由四节组成，材料是塑性的，可以随着身体的摆动而摆动。
由于尾部在运动时是贴着地面的。
所以在尾部装了湿度传感器，温度传感器。
可以将地面的信息真实的反馈回去，对救援或者探索将有很大的帮助。
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