昆虫钩爪和黏附垫的协同作用研究

发布时间：2017-03-30 17:21

  本文关键词：昆虫钩爪和黏附垫的协同作用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：昆虫优异的附着、运动性能得益于其精细的功能性附着系统,对昆虫附着系统的研究不仅能够帮助人们深入地理解昆虫的附着机制,还能启发仿生附着系统的设计和改进,提高仿生机器人的环境适应能力。以往的研究结果表明昆虫单一的附着器官往往不能满足其附着和运动需求,因而不同附着器官之间的协同作用可能起到了重要作用。本文的目的在于研究钩爪和黏附垫的协同附着行为,并探讨表面颗粒尺度对附着性能的影响。为此,设计了一种兼具钩爪和黏附垫的仿生附着系统,并挑选了一系列不同尺寸的钢球来模拟不同尺度的基底颗粒。在一种多功能的三维附着力测试平台上对附着系统的性能进行测试。通过实验获得了附着系统在大颗粒的基底上的极限附着力,并计算了相应的附着破裂能耗。基于这些结果讨论分析了钩爪和黏附垫之间的协同作用以及基底尺寸对附着系统的极限附着力和附着破裂能的影响。钩爪与兼具钩爪和黏附垫的附着系统的附着性能随着基底尺寸的增加而减弱,而黏附垫的附着性能则随基底颗粒尺寸的增加而增加;颗粒尺寸相对较小时,钩爪与颗粒之间的接触摩擦作用提供主要的附着力;颗粒尺寸相对较大时,黏附垫提供了主要的附着力。黏附垫的法向黏附力大大的增加了钩爪的切向摩擦力,而这个切向力反过来强化了黏附垫的抗剪切性能,这种协同作用大大的扩展了附着系统的基底颗粒尺度适应范围。最后我们建立了三维的钩爪和黏附垫的协同作用力学模型,并讨论了其他钩爪参数对昆虫附着性能及其协同作的影响。
【关键词】：昆虫 钩爪 黏附垫 附着性能 协同作用
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：Q811
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 注释表10-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 引言11-13
• 1.2 本文研究的内容13-18
• 1.2.1 研究的目的和意义13-14
• 1.2.2 国内外研究现状14-16
• 1.2.3 本文的主要工作16-18
• 第二章 附着系统的附着力学行为测试18-28
• 2.1 附着系统和基底19-23
• 2.1.1 实验用的附着系统20-22
• 2.1.2 大尺寸基底颗粒22-23
• 2.2 附着力学测试23-26
• 2.2.1 力学测试系统24
• 2.2.2 力学测试24-26
• 2.3 数据处理26-27
• 2.3.1 数据筛选26
• 2.3.2 结果处理26-27
• 2.4 小结27-28
• 第三章 附着系统的附着性能28-42
• 3.1 钩爪的附着性能28-32
• 3.1.1 钩爪和基底材料的摩擦系数28-29
• 3.1.2 钩爪在球基底上的附着性能29-32
• 3.2 兼具钩爪和黏附垫的附着系统的附着性能32-35
• 3.3 黏附垫在球基底上的黏附性能35-37
• 3.4 基底颗粒尺寸对附着性能的影响37-41
• 3.5 小结41-42
• 第四章 昆虫钩爪和黏附垫的协同作用42-51
• 4.1 昆虫钩爪与黏附垫的协同作用42-44
• 4.2 昆虫钩爪和黏附垫的协同作用模型44-48
• 4.3 对称钩爪对昆虫附着的作用48-50
• 4.4 小结50-51
• 第五章 总结和展望51-53
• 5.1 总结51-52
• 5.2 本文的创新点52
• 5.3 本文的不足和展望52-53
• 参考文献53-57
• 致谢57-58
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文58

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