【摘要】

 机械工程的不断前进离不开仿生研究,所以说仿生研究与机械工程息息相关。利用大

自然的生物体的奇特功效和功能用于机械工程

,班固人类减轻负担。本文主要是引出新时代

的机械工程与仿生之间的关系

,介绍仿生机械学的发展现状,包括仿生机械抓取、仿生移动机

械、仿生承力机械

;以及仿生机械学存在的问题和发展趋势,最后得出结论。 

　　【关键词】

 仿生机械工程未来 

　　

1 引言 

　　新时代的机械工程与传统的机械工程不同

,它是机电一体化的一门新的学科。首先机械

自身拥有的性能决定机械工程发展的内因

,微电子技术促进机械工程的发展属于外因;现在科

学技术的飞速发展主要是仿照了生物外形、结构和功能的设计来改进机械工程的

,因为机械

设备本身的结构、状态、控制、消耗的合理性是基础

,合理性就需要合理的判断,那就是大自然

的生物界。虽然每一项的机械设计都极力与大自然的生物体相匹配

,但是在很多情况下,人造

的机械工程还是逊于生物体。为了能更好的将大自然的生物体的神奇特性和功能赋予到我们
能够利用的机械工程

,使自然界能够更高效、更有规律的进行,就需要仿生的产生。 

　　

2 仿生机械学的发展现状 

　　仿生机械学的研究领域主要包括生物力学、控制体和机器人。下面分别介绍这几个仿生
机械的发展现状

: 

　　

2.1 仿生机械抓取 

　　仿生机械抓取功能就是研究放仿人形机械手。人手活动非常灵敏

,因此在仿生人形机械

手的时候设计了

27 个自由度,这样不仅能精确定位,还能让它做出复杂又精细的动作,这给医

学的健康工程和假肢技术等提供了便利。

 

　　仿人形机械手分为六个部分

,分别为:(1)工业机器人用机械手。采用的是伺服机和自动控

制技术

,研发出实用性强的自动操作装置,帮助人类完成许多琐碎的、机械的、耗时的和危险性

高、环境恶劣的作业

;(2)科研智能机器人用机械手。主要用于太空和海洋的探测、拍照,对试样

的采集和分析。随着科学技术的不断前进

,科研对机器人的精度要求越来越高,仿生机械学就

不断的改良自己的机械

;(3)医疗用机械手。主要目的是补偿人缺失的功能,例如将器械直接安

装到人体上或者是设在体外

,形成独立的系统;(4)军事用机械手。主要用于战争时的排雷、反

恐袭击

,目前实验的军事机械手功能逐渐转向一些独特的作用,例如可以实现对别国的卫星进

行干扰甚至打击

,将其卫星捕获;(5)家庭用机械手。家用机器人受到许多技术的限制,致使反应

不灵敏

,所以一些类似端杯子的活还不能做,但是 2011 年初,美国哈弗和耶鲁大学的研究员螳

螂腿部结构的启发

,对家用机器人进行了一番改造之后,新设计出来的机械手可以自动调节并

抓住各种形状的物体

,提高了它的灵敏性和精确性。 

　　

2.2 仿生移动机械 

　　随着科研的不断前进

,传统轮式移动的机械已经不能满足人类的需求,因此研究员就根据

在特殊的环境的生物移动方式进行深入研究和拓展。

 

　　主要研究了六种移动机构

,分别为:(1)仿生轮式移动机构。传统的轮式就够具有速度快的

特征

,但是在复杂环境下,稳定性不好,从而影响运动的速度。利用仿生机械学的机理,模仿一个

跟生物一样的膝关节

,使之在转动时即使遇到不平衡的地形也可以有足够的稳定性和速度;

(2)仿生足式移动机构。足式移动机构是运用最广泛的陆地运动,模仿起来也比较复杂。传统的
步式机构自由度多、控制复杂、运动缓慢、运动障碍物时无能为力。而新型的步式机构模仿的
是螳螂的腿部结构

,从而制造出具有八条腿的机器人,使得其速度和稳定性都有所提高,打破

了传统步式结构的记录

;(3)仿生履带式移动机构。所谓仿生履带式移动机构就是在继承了传

统的履带式移动机构的基础上

,装备了两对对鳍状肢,使其无论是在跨越障碍,跨越鸿沟、攀爬

方面都有了明显的优势

;(4)仿生蠕动式移动机构。例如仿生蛇的蠕动,就是将移动的机构的一

部分由带有轮子的模块串成

,另一部分有强度大的连状构成,通过运动之间的扭转实现运动;