仿蜥蜴水面机器人脚掌设计
仿生机器人：模仿自然界的机器人设计
仿生机器人：模仿自然界的机器人设计在科技的不断进步中，仿生机器人的概念逐渐从科幻小说的幻想走向现实。
这些机器人不仅仅是冰冷的金属和电路，它们是自然界智慧的结晶，是人类对生物多样性的深刻理解和模仿。
仿生机器人的设计灵感来源于自然界中的生物，它们模仿生物的结构、功能和行为，以提高机器人的性能和适应性。
自然界中的生物经过数亿年的进化，形成了一套高效、节能的生存策略。
例如，壁虎的脚掌能够产生强大的粘附力，使其在光滑的表面上自由行走；鸟类的翅膀通过复杂的空气动力学原理，实现了高效的飞行。
这些生物特性为仿生机器人的设计提供了宝贵的参考。
在设计仿生机器人时，工程师们首先会研究目标生物的生理结构和行为模式。
通过对这些特性的深入分析，他们能够设计出具有类似功能的机器人。
例如，模仿壁虎脚掌的机器人可以在救援任务中攀爬垂直表面，模仿鸟类翅膀的无人机则能够在复杂的环境中灵活飞行。
除了模仿生物的物理特性，仿生机器人还试图模拟生物的感知和行为。
例如，通过模仿昆虫的视觉系统，机器人可以更好地识别和追踪目标；通过模仿鱼类的导航能力，水下机器人可以在没有GPS信号的深海中自主导航。
然而，仿生机器人的设计并非没有挑战。
生物的复杂性和多样性意味着机器人的设计需要高度的定制化和精细的调整。
此外，生物的某些特性可能难以完全复制，或者在机器人中实现的成本过高。
因此，工程师们需要在模仿自然界的同时，也要进行创新和优化，以确保机器人的实用性和经济性。
随着材料科学、人工智能和机器人技术的不断发展，仿生机器人的应用前景越来越广阔。
它们不仅能够执行人类难以或不愿意完成的任务，如深海探索、灾难救援和危险环境作业，还能够在医疗、教育和娱乐等领域发挥重要作用。
总之，仿生机器人是科技与自然和谐共生的典范，它们展示了人类对自然界的敬畏和学习，同时也预示着未来机器人技术的无限可能。
随着我们对自然界的进一步探索和理解，仿生机器人将更加智能、高效，成为人类生活中不可或缺的伙伴。
仿生足式管道机器人结构设计
仿生足式管道机器人结构设计仿生足式管道机器人的结构设计中，最关键的部分是足部结构。
足部结构采用了类似于生物动物的足部，它由足板、足爪和足肢组成。
足板部分负责承担机器人本体的重量以及在管道内的工作负载，具有一定的刚度和强度。
足爪部分用于在管道内保持机器人的稳定性，并提供牢固的抓握能力。
足肢部分则通过类似于生物的关节连接机构，使得足板和足爪能够以多种方式运动，以适应不同形状和尺寸的管道。
此外，足部还配备了传感器，用于探测管道内的环境信息，以提供机器人运动和姿态的反馈。
除足部结构外，仿生足式管道机器人还包括机器人本体和控制系统。
机器人本体是整个机器人的主体部分，包括电池、电机、传动装置、控制器等。
电池提供机器人所需的电能，电机通过传动装置使得足部能够运动，并由控制器控制运动。
控制系统是机器人的大脑，通过对外部环境的感知和内部状态的判断，实现机器人的自主导航和自主控制。
控制系统一般包括感知单元、决策单元和执行单元。
感知单元通过传感器获取环境信息，决策单元根据感知信息做出决策，执行单元根据决策实施相应的动作。
另外，仿生足式管道机器人还可以配备其他功能模块，如摄像头、激光雷达等。
摄像头可以用于拍摄管道内的图像信息，帮助操作员了解管道内的情况；激光雷达可以用于测量管道的各种参数，如距离、直径等。
这些功能模块可以通过接口和控制系统进行连接，实现机器人与外部设备的互联互通。
总之，仿生足式管道机器人的结构设计主要包括足部结构、机器人本体和控制系统。
足部结构采用类似于生物足部的设计，能够适应不同的管道条件；机器人本体是整个机器人的主体部分，包括电池、电机等；控制系统是机器人的大脑，通过感知、决策和执行实现机器人的自主导航和自主控制。
通过这种结构设计，仿生足式管道机器人能够在复杂的管道环境中进行各种工作，提高工作效率和安全性。
基于水蝽水面运动机理
基于水蝽水面运动机理
基于水蝽水面运动机理，研究人员已经开发出了一种新型的水利工具，可以使得水池、河流以及湖泊水质得到有效改善。
这种新型水利工具
是一种仿生机器人，通过模仿水蝽在水面上行走的机理去减少污染，
并且将沉积物移动到池塘或污水处理设施中。
首先，水蝽可通过其爪状脚粘附在水面并保持平衡。
仿生机器人使用
类似的机制，在前爪和后爪表面涂覆一层特殊薄膜以提供黏附力和防
水效果，从而在水面上行走和稳定机器人的位置。
其次，水蝽的后躯下方的翅膀可以向下方漂浮，以增加重力。
仿生机
器人采取了类似的设计，利用细长的金属板作为机器人的后部，通过
浮力来保证物体的平衡性。
最后，水蝽的胸部向下弯曲。
这种曲度可以在水中形成一个固定的空
气泡，帮助水蝽将空气带到下水道。
仿生机器人的设计基于这个机制，在胸部下方安装一个膨胀装置，以便将氧气输送到下面的水域中，这
样就可以帮助有效地降解污染物和增加底部水域的氧气含量。
这种仿生机器人不仅能够减少水池和湖泊中的污染物，也可以对城市
内的运河和下水道进行清理。
利用这种机器人，可以实现多个池塘或
运河的联网操作，从而使整个湖泊或城市河道系统达到污染减少和整体提高水质的目标。
综上所述，基于水蝽水面运动机理的仿生机器人是一个很好的实施水利工具。
它具有减少水池、河流、湖泊和城市下水道中的污染物，并提高水质的作用。
此外，这种机器人还将为水利系统的健康和可持续发展做出很大贡献。
未来，人们可以进一步研究和发展这种机器人，以创造更好的解决方案保护世界上许多宝贵的水资源。
昆虫仿生
当水黾运动时，其前后四条腿保持与水面接触，主要起对水黾本体 的支撑作用；当向前运动时，水黾的前后四条腿保持与水面接触，左 右两条驱动腿按相同的运动规律前后划动，不同时刻运动位置相同， 这样就能保证水黾平衡的向前运动；当拐弯运动时，如向左拐弯，水 黾前后四条支撑腿保持不动，同时左驱动腿也保持不动，只有右驱动 腿进行划动，这样就实现了水黾的向左拐弯运动。可以看出，水黾的 运动方式同划船的运动方式是相同的，因此设计的水上行走机器人将 采用椭圆形运动轨迹进行机器人驱动。
水黾机器人的发展史
1. 2004年卡内基梅隆大学的 Metin Sitt（迈汀－斯廷）教授研制出首个 具备水面行走能力的微型机器人。
2. 美国麻省理工学院的数学家约翰〃布什教授研制同水黾更为相似的 机器人模型。 3. 哥伦比亚大学的Girard（戈德）教授研制出的水上机器人。 4. 日本的中央大学研发的水陆两用的水黾机器人。
基于国内外对水黾的研究，以及国内外学者对仿生水上行走机 器人的研究，在采用圆柱体作为支撑腿下，本论文设计的水上行走 机器人也采用六条腿结构，其前后四条腿主要起支撑作用，两边两 条腿为驱动腿。 采用四条腿漂浮机构相对于整体漂浮机构具有很多优点，采用整 体作为漂浮机构，如船型，其平衡性较差；采用四条腿漂浮机构，水 上行走机器人的整体重量将分配到四条腿上，能够较好的使机器人保 持运动平衡，并且具有较大的漂浮力。
1
昆虫形 态的仿 生。
I.
2
昆虫感 觉器官 的仿生 。
3
昆虫运 动功能 的仿生 。
4
昆虫其 他特异 能力的 仿生。
形态的仿生：应用于军事和航空航天领域，例如：模仿蝴蝶色彩和 花纹的军事伪装设施 感觉器官的仿生：研究昆虫复眼电子模型以及听觉和嗅觉感受器电 子模型，并将昆虫的这类特异的感觉原理用于机器人导航系统，以 提高机器人的自主功能水平。
仿生智能“蜥蜴”机器人
仿生智能“蜥蜴”机器人作者：刘珂漆昕等来源：《科技创新与品牌》2013年第06期在仿生技术、控制技术和制造技术不断发展的今天，仿人及仿生物机器人相继被研制出来。
仿生机器人已经成为机器人家族中的重要成员。
在第十二届中国青少年机器人竞赛上，由甘肃省临洮县第一实验小学机器人创意小组的同学们设计研制出的仿生智能“蜥蜴”机器人，虽然没有国际上许多尖端技术，但是学生们充分发挥了自身的创新与动手能力，通过长期观察蜥蜴这种爬行动物的形状、行为及生活习性，制作出了仿真的蜥蜴形象和具有机器人智能控制能力的机器生物体。
选择仿生对象为什么会选择蜥蜴这种动物来作为仿生对象呢？创意小组经过讨论后认为：蜥蜴属于爬行类，其骨骼结构简单，易于模仿关节运动。
而4足动物制作起来也易于平衡。
同时，作为机器人应该是一种具有智能判断、自动运行能力的机器。
结合这两方面的特点，创意小组最终选择仿生智能“蜥蜴”机器人来作为研究对象以及制作目标。
由于步行式机器人关节较多，行走方式特别，制作起来相对困难，在查阅诸多资料后，最终创意小组决定采用arduino单片机为主控制单元，32路舵机控制器为动作控制单元，配以10个舵机为行走单元，红外线传感器、气体传感器、无线视频采集设备为功能单元。
机器人的外形则采用了普通的亚克力板来制作，按蜥蜴的形状进行压制和组装。
小蜥蜴大用途制作一台机器人，最终目标是把它应用到现实生活的各个领域，让它能更好地为人类服务。
创意小组通过近半年多时间的搭建和调试，使这台仿生蜥蜴机器人不仅可以应用于野外环境下的无人化视频采集，发生灾害地区的环境观察，有害气体泄漏地区的气体探测，还能够在这些环境中自由行走。
在实用性方面，仿生智能“蜥蜴”机器人拥有三大实用功能：一是可以通过智能判断，在行走过程中自己识别道路情况，在有障碍的情况下可以有选择性地避开障碍。
二是具备视频收集功能。
它的“第三眼”，也就是在它的上方安装的无线视频摄像头，可随时传输回视频信号，可以方便了解机器人所处的位置及环境。
《足仿生机器人》PPT课件
• 六．九月份下半月份进展机体整体测试，屡次 实体运动测试，记录测试效果，进展改进。
• 七．十月份进展结题报告制作和辩论准备。
成员分工
• 组长：张晓强
• 分工：
• 三．6月进展中期检查合格后，开场进展零件 制作，进展小部件拼接。另一方面，开场购置 相应的电子元件，传感器设备，计算性能数据。
•
• 四．七、八月实体加工大零件，并对零件进展 检测。此期间，由于零部件较多，所以需要分 两局部进展：七月制作机器人的腿部零件并组 装，八月制作身体零件并组装。之后将两者组 装。
作品工作原理
• 由电机带动蜗杆从来带动6个机械脚，当 遇到墙壁等障碍是，前面的导向轮 在此根底上可以进展推广。安装各种附 件可以进展不同功能的改变。如：机械 手，可以进展搬运和障碍排除。安装各 种传感器可以检测各种环境，人不适宜 进入的
• 随着科技的开展，机器人正逐渐走进我 们的生活，各种机器人活动蓬勃开展， 越来越多的人步入了机器人爱好者的行 列。
• 运动装置：六个机械足——运动的支持； • 整体控制装置：单片机——程序控制机器人的
运动； • 动力装置：7.2伏锂电池——为机器人提供能量。
进度安排
• 一．4月制定立项报告，对小组人员进展分工， 方案时间。
• 二．5月进展三维模型绘制，cad图纸制作， 软件中进展装配，运动仿真，大体实现运动效 果
随着机器人在现代化各个行业中的广泛应用，社会对机器人的要求不断提高。 由于机器人应用范围的不断扩展，一些特殊工作环境对于机器人提出了特殊的要求， 但在任何环境下作业的机器人要完成特定的任务，
四足机器人结构设计】
四足机器人结构设计1. 引言四足机器人是一种模仿动物四肢行走的机器人，广泛应用于许多领域，如救援、探险和工业等。
在设计四足机器人的过程中，合理的结构设计是非常关键的，它直接影响机器人的动力学性能和运动能力。
本文将讨论四足机器人结构设计的几个重要方面。
2. 结构设计考虑因素在设计四足机器人的结构时，有以下几个关键因素需要考虑：•模仿动物行走方式：四足机器人的行走方式通常是模仿动物的行走方式，如犬、猫、马等。
因此，结构设计需要考虑模仿动物的骨骼结构和关节运动范围。
•动力学性能：四足机器人的结构设计需要满足机器人行走时的动力学要求，包括机器人的稳定性、荷载能力和速度等。
•环境适应性：四足机器人通常需要在各种复杂环境中工作，如不平坦地面、楼梯等。
因此，结构设计需要考虑机器人在各种环境中的适应性。
•能耗和效率：四足机器人的结构设计还需考虑机器人的能耗和运动效率，以提高机器人的续航能力和工作效率。
3. 结构设计要点3.1 骨骼结构四足机器人的骨骼结构应尽可能模仿动物的骨骼结构，以保证机器人的稳定性和运动灵活性。
骨骼结构通常由主要骨骼和连接部件组成。
主要骨骼应具有足够的刚度和强度，以承受机器人的重量和外部荷载。
连接部件通常采用可调节的关节连接，以实现关节的灵活运动。
3.2 关节设计关节是四足机器人的关键部件之一，它决定了机器人的运动范围和灵活性。
关节设计需要考虑关节的轴向和转动范围，以及关节的耐用性和可调节性。
关节通常使用电机驱动，以实现机器人的运动。
3.3 动力传输系统四足机器人的动力传输系统应能够将电机产生的动力传输到各个关节和驱动轮，以实现机器人的运动。
动力传输系统通常由传动装置和连接杆件组成，传动装置可以是齿轮传动、链传动或带传动等。
3.4 脚部设计四足机器人的脚部设计很重要，它直接影响机器人的稳定性和地面适应性。
脚部结构通常包括足底、足面和足跟等部分，足底应具有良好的附着力和缓冲能力，足面应具有良好的摩擦力和抓握力，足跟应具有稳定性和弹性。
双足仿生机器人行走机构设计
双足仿生机器人行走机构设计1. 引言双足仿生机器人是一种模仿人类步行方式的机器人，其行走机构的设计是实现机器人自主行走的关键。
本文将介绍双足仿生机器人行走机构的设计原理、结构与控制方法。
2. 设计原理双足仿生机器人的行走机构设计基于人类步行的原理。
人类步行是一种交替进行的两足动作，每步分为摆动相和支撑相。
在摆动相中，一只脚离地，并向前摆动；在支撑相中，另一只脚着地支撑身体。
机器人的行走机构需要模拟这一过程，通过控制各关节的运动实现机器人的步行。
3. 结构设计双足仿生机器人的行走机构包括传感模块、控制模块和执行模块。
传感模块用于感知机器人身体姿态和环境信息，如倾斜角、步长和地面状态等。
控制模块根据传感器信号和预设的步态参数计算关节的运动轨迹和力矩控制信号。
执行模块根据控制模块的指令，控制各关节运动，实现机器人的步行。
具体的结构设计包括：3.1 关节设计双足仿生机器人的关节设计需要考虑力矩传输、运动范围和结构强度等因素。
一般采用电机驱动的关节设计，通过控制电机的转动角度和力矩，实现机器人的步行动作。
3.2 脚底设计机器人的脚底设计需要考虑地面的摩擦力、稳定性和抗震性等因素。
一般采用具有摩擦力的材料作为脚底，例如橡胶或塑料材料。
同时，在脚底设计中还可以添加传感器，用于感知地面的状态和表面特征。
3.3 稳定性设计双足仿生机器人的稳定性设计是保证机器人能够在不倒地的情况下行走。
稳定性设计包括重心的控制、姿态的调节和动态平衡控制等。
通过控制机器人的关节运动和重心转移，使机器人能够保持平衡并行走。
4. 控制方法双足仿生机器人的行走机构控制方法包括开环控制和闭环控制两种。
4.1 开环控制开环控制是指根据预设的步态参数，通过控制各关节的运动轨迹和力矩，实现机器人的步行。
开环控制简单但稳定性较差，容易受到外界干扰影响。
4.2 闭环控制闭环控制是根据传感器信号和控制模块的反馈信息，实时调整关节的运动轨迹和力矩，以实现更加稳定的步行。
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曲柄摇杆结构来实现近椭圆的运动轨迹 灵活性好， 运动速度高等特点。
。 采用这一结
构作为腿部结构与所设计的脚掌相连可以使得机器人具有
2
2． 1
仿生机器人脚掌设计
单脚趾结构建模 为了能实现如同蛇怪蜥蜴一
样的脚 面 在 水 中 的 自 由 张 合， 利 用了如图 3 所示的 3 个相同结构 的铰链 结 构， 且每个铰链结构上 杆件能够旋转的角度被限制在 0° ～ 90° 之间。 脚掌入水时， 由于运 动物体在水中的绕流阻力的影响 杆件自 由 伸 开， 掌面与水面接触 面积增 大， 流体对脚掌升力随之 增大， 使其能够很好的平衡在水面上而不会下沉 。 2． 2 脚掌整体基础结构建模 接着， 以一个圆面 ， 作为“腕 部 ” 将各脚 趾此圆面相连， 各脚趾 间以塑料等材料连接， 形成 一 个 真 正 的“脚 ， 掌” 脚掌整体基础结 构模型如图 4 所示。 2． 3 2． 3． 1 分析 前面已经提到， 理 想状态下脚掌入水时， 脚面 会 自 然 张 开。 但 事实上由于各 杆 件 自
中， 脚
掌的设计就显得是至关重要 。倘若设计不好， 机器人不仅不 “翻船 ” 能实现预定运动， 还可能造成 等后果。 目前， 绝大部 分机器人的脚掌均是通过电机来实现张合的， 这类脚掌虽然 具有较大的掌面运动范围， 但由于其结构的复杂使得脚掌显 得笨重， 更不利于在水里的运动 。针对水上运动的特点有科 学家提出了利用橡胶作为脚掌的材料， 这类脚掌没有复杂的
水面机器人是这一种能够在水面上自由运行的新型机 器人。这类机器人与传统的船舶和潜水器相比不仅具有很 强的灵活性， 而且可以在极浅海、 碎浪带和滩涂等特殊环境 中作业。 水面机器人始于人们对生活在南美洲的一种蛇怪蜥蜴 水面踩水奔跑能力的探索 。目前， 水面机器人的研究难点之 一是脚掌设计， 而对动物脚掌的模仿为机器人脚掌设计提供 了一种新的思路。 自然界的进化和生存过程中， 各种动物演化形成了与其 生存环境相适应的形态结构 、 材料拓扑结构和运动方式
Foot Design of A Basilisk Lizard Inspired Robot on Water
CAI Shuwen，RAO Jinjun，XIAO Fulong
（ Department of Precision Mechanical Engineering，Shanghai University， Shanghai 200072 ，China） Abstract： Water moving robot， a new type of robot that isn't dependent on net buoyancy can walk on water freely． Bionic robot is a kind of robot imitating the features of biological creatures． The shape of its feet will directly affect the whole kinetic characteristics of the robotic system． Inspired by the movement of basilisk lizards，a multiple class hinge structure was used to design a novel webshaped foot． Through the theory of hydromechanics，the details of footpalm was discussed and the feasibility of the design was theoretically proved． Finally，the application of the designed foot was verified by simulation． This research is not only a basis for robot autonomous control on water，it lays a foundation for further model manufacturing and experimental analysis as well． Key words： water； robot； feet； hinge 结构， 但由于受橡胶本身屈服极限的限制， 脚掌掌面变化范 造成脚掌运动灵活性尤其高速性的欠缺， 围就变的很小了， 对机器人的整体运动亦造成不利影响 。 通过对蛇怪蜥蜴运动特性的分析本文提出了一种可自 适应的脚掌设计结构， 以使其入水时脚掌自动张开以增加迎 水面积， 出水是自动收缩以减少水流阻力 。 并对所设计的脚 掌进行了分析和仿真。
（ 3）
2
脚掌详细设计 入水张开条件
（ 4）
脚掌 整 体 的 运 动 极 限 角 （ 运 动 范 围） 为： Δθ1 + Δθ2 + Δθ3 பைடு நூலகம்因而， 在设计时， 对于给定的运动范围的脚掌所添加的 弹簧必须同时满足上述（ 1 ） ～ （ 4 ） 式的要求。
3
3． 1
脚掌运动分析
脚掌张合时间分析 脚掌出水时， 脚掌收缩至最内侧位置所需时间， 与腕部
收稿日期： 2011 － 09 － 09
。
如图 1 所示， 蛇怪蜥蜴在水面上跑的每一步分为： 拍打、 扑打、 还原。当蛇怪蜥蜴拍击水面时， 脚主要是垂直运动； 扑 打时， 脚主要是向后运动； 而在还原过程中脚抬起， 离开水 回到下一步开始动作。 在这些阶段， 蜥蜴需要产生出足 面， 够的力， 才能保证它在水面上， 同时身体直立
［1 ］
1
蛇怪蜥蜴的运动分析
蜘蛛和昆虫可以在水面上行走主要是因为他们体重很
。
动物的脚掌对于驱动其向前运动 、 保持其自身平衡都有着重 要的作用。在水里、 沼泽、 陆地上不同的环境下， 由于脚掌受 力不同， 脚掌的形状、 构造也不同。 正是因为脚掌的结构与 在进行仿生机器人设计 生物的运动方式息息相关，
▲图 1 蛇怪蜥蜴运动
背上， 且两者垂直于脚背的分量均向上， 对组成个脚趾的杆 最终， 各杆件均为水平状态展开， 脚掌张 件有上压的趋势， 开， 此状态与理想状态相一致 。 假设绕流阻力 F d （ 即脚掌速度 v 的反方向） 与 x 轴正向 所成角为 θ1 ， 脚掌末端杆件与 x 轴正向所成角为 θ2 。 显然， 脚面能够自然张开的条件是： θ1 ＞ θ2 。此外， 由于脚掌初入水 时， 掌面速度方向与水平方向夹角不大， 因此， 末端杆件与水 平方向夹角也必须限制在一个很小的范围内 。 这里假设这 个范围为： 0 ° ～ 45 ° 。 2． 3． 2 脚掌附件的确定及选择 由于杆件自重的影响， 当铰链机构放置于竖 如前所述， 直平面时， 各杆件由于重力而向下旋转至逼近竖直位置， 这 时， 末端杆件与水平方向的夹角约为 90 ° ， 显然， 此时是脚掌 无法张开的。因此， 为了满足夹角要求， 需要在各杆件上添 加弹簧或与其相类似弹性拉伸回复元件来平衡各杆件自重 。 此次设计中采用弹簧作为平衡杆件自重的元件 。 设末端杆件由于重力 G 和弹力 F 弹3 向下摆动 α， 杆长 L3 ， 弹力 F 弹3 距离铰链 O 位置 l3 ， 为了使 α 在所要求的范围内， 必须满足： L3 － F 弹3 sinθl3 0 2 GcosαL3 2sinθl3
重的影响， 要使脚掌入水自然张开， 还是需要一定条件的。 脚掌刚入水瞬间， 脚掌与水以两种方式相接触： ① 迎水面为
24 相对 静 止 由 脚 趾 上 最后 停 止 运 动 的 杆 件确 定。 通 过 对 脚 掌各 部 分 张 合 运 动 的分 析 从 理 论 上 了 对脚 掌 掌 面 的 运 动 的概 况 给 予 直 观 的 认识。 由 于 组 成 脚 2、 3 趾 的 各 杆 件 1、 杆最 大 位 移 是 由 弹 簧最大形变量 ε m 决 定的， 因 此， 脚趾上 各杆 件 停 止 运 动 的 顺序 由 杆 件 上 各 弹 簧到 达 最 大 形 变 量 εm 的 先 后 顺 序 决定。 利用 反 证 法 求 取各 杆 件 停 止 运 动 的先后顺序： 首先假 设杆 3 先停止运动，
第 28 卷第 1 期 2012 年 2 月
机械设计与研究 Machine Design and Research
Vol． 28 No． 1 Feb． ， 2012
2343 （ 2012 ） 0102204 文章编号： 1006-
仿蜥蜴水面机器人脚掌设计
蔡舒文，饶进军，肖辅龙 （ 上海大学 精密机械工程系， Email： cai． shuwen@ 163． com） 上海 200072 ，
蛇怪蜥蜴的特别 之 处 在 于， 它们拥有 一 种 特 异 功 能， 可以 在水面上疾飞以逃避 捕食者追捕。 其疾行
［8 ］ 速度可达 1． 5 m / s ，
运动轨迹为图 2 所示 的椭圆形
［3 ］
。 美国卡
内基梅隆大学机器实 验室的研究人员针对 这一现象提出了利用
▲图 2 蛇怪蜥蜴运动轨迹
［9 ～ 12 ］
▲图 5 脚掌运动范围
机械设计与研究
第 28 卷
因而当腿部以恒定 整体的速度是由与其相连的腿部提供的， 脚掌整体在速度方向上所受合力为 0 。 设出 角速度运动时， 2、 3 上弹簧弹力 F 弹1 、 F 弹2 、 F 弹3 与绕流阻力 F d 方向 水时杆 1 、 所在直线的夹角分别为 θ' 1 、 θ' 2 、 θ' 3 ； 重力 G 与绕流阻力 F d 方 向所在直线的夹角为 α。 由于出水前， 腕部的运动方向是向上的 。 因此， 此时脚 掌与腕部相连接的铰链支点 A 上的力 F A 的方向也是向上 的。由此可知： F A 在脚掌速度 v （ 即绕流阻力 F d ） 方向的分 量 F Av ＞ 0 ， 因而脚掌所受流体升力 F l Gcosα + 2 F 弹3 － 3 F 弹1 － 3 F 弹2 。 由此可得： 脚掌出水速度满足条件为： v 2 Gcosα + 6 kε m （ sinθ' 3 － sinθ' 1 － sinθ' 2 ） ρAC l 2 Gcosα + 6 kε m （ sinθ' 3 － sinθ' 1 － sinθ' 2 ） ρA