《犬四肢維穩減振耦合機制及仿生無角位移減振機構研究》是依託吉林大學，由田為軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：犬四肢維穩減振耦合機制及仿生無角位移減振機構研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：田為軍
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
地面機械、飛機等動載體所處環境複雜，其所攜帶的光電精密系統或精密智慧型裝備常受到振動衝擊引起的干擾，影響精度和穩定性。本項目針對制約動載體所搭載儀器設備精度和穩定性能的支撐平台減振科學問題，受四足動物高效的平衡控制和維穩特性啟發，以典型四足動物-犬的四肢為研究對象，建立精細的四肢骨骼-肌肉系統三維生物力學模型，結合運動學和動力學試驗，研究外部擾動下四肢各關節和四肢-軀幹的運動力學規律；分析外部擾動在骨骼-肌肉系統中被有效調節、分配和傳遞的模式；對影響四肢維穩減振功能實現的各因素（耦元）與耦聯方式進行辨識與權重分析，建立四肢維穩減振多元耦合可拓模型，設計最佳化出無角位移減振仿生耦合機構。研究預期揭示犬四肢各關節、四肢-軀幹的協調運動機理和平衡耦合機制，開發無角位移減振支撐平台的仿生耦合設計新技術，為提高動載體攜帶裝備穩定性與可靠性提供一種新的仿生設計方法。
結題摘要
項目針對精密裝備運行工作中存在的振動問題，以犬和山羊為研究對象，從生物解剖學、動物運動學、機械學等角度進行了仿生減振技術的研究。採用三維運動捕捉系統和自主搭建的多自由度測試試驗台，構建測試系統，基於所建立的四肢多環節剛體模型，進行犬和山羊外部衝擊擾動下的運動測試及特性分析，分析了四足動物在外擾動（跑步機速度、坡度和測試台衝擊）下四肢以及各關節協調運動機制。通過生物力學建模及仿真分析方法，分析犬股骨-膝關節-脛骨生物力學系統在受外力運動過程中的力學特性，闡釋了犬維穩減振的耦合機制；建立犬肢體的減振系統動力學模型，由動力學系統模型可知，犬肢體的減振性能與生物系統的剛度和阻尼有重要關係，因此進行仿生機構設計時，阻尼和剛度是設計的重要因素。基於犬和山羊腿部結構以及關節的骨骼肌肉，設計了仿生減振機構，並進行了結構和參數的最佳化，形成了系列減振機構，並進行了仿真分析，對不同外部激勵（激勵位置、激勵大小）下的減振效果進行了研究，獲得了結構緊湊、減振特性優異的仿生減振機構；採用數學建模和Adams對具有剛度函式化的減振機構設計進行了計算與仿真分析，驗證設計的減振機構剛度函式化設計的可行性和合理性。提取山羊足蹄進行生物學觀測，發現山羊蹄匣內分布有傾斜角為55°的斜孔，根據這一生物學結構特點，設計與製造了仿生減振單元和澆鑄模具，並搭建減振性能測試系統，採用試驗最佳化設計方法，以固有頻率和最大傳遞比為試驗指標，對仿生減振單元與無孔對比樣件的減振性能進行測試，所設計的仿生減振單元固有頻率和振動傳遞比更小，減振頻域更大，具有更好的減振效果。耦合四肢各關節的協同運動模式和仿生減振機構單元，設計了既抑制角位移，同時又具有減振功能的無角位移減振機構。項目組還提出了一種綜合減振機構、減振單元以及四肢協同運動模式的無角位移耦合仿生減振裝置模型，該模型為更進一步地提高減振效果拓展了思路，打下了基礎。
