仿生机械概论

仿生机械是指人们通过模仿生物的形态、结构、组织、材料、生活习性、运动特点、调节机制和控制原理来设计、制造出的功能更强、效率更高并具有生物特征的机械。研究仿生机械的科学称为仿生机械学，它以力学和机械学为基础，与生物学、工程学、电子技术、控制论等相关学科相互渗透、相互融合，是一门涉及多专业范畴的边缘性学科，也是一门涉及多技术领域的综合性学科。它主要对生物机制和生物现象进行力学研究，对生物体结构、形态、动作或功能进行工程分析和仿生设计，其研究内容和应用范围很好深邃与广泛。罗霄、罗庆生编著的《仿生机械概论(普通高等教育十三五规划教材)》共有9章，具体包括绪论、仿生机械学的基本概念、仿生机械学的基础知识、仿生机械结构分析、生物运动特性分析、仿生机械运动学分析、仿生机械动力学分析、仿生机械运动机理及控制方法、仿生机械创新设计的原理与方法。本书详尽介绍了仿生机械学的基本概念、基础知识、理论方法、关键技术及实际应用，全面反映出靠前外仿生机械学研究和应用的很新进展情况及其成果，是一部系统、全面、详实、准确的仿生机械学著作和教材。本书可作为普通高等院校机械设计及理论、机械电子工程、机械制造及自动化等机械类专业的本科生和研究生教材，也可作为从事仿生机械技术、机器人技术研究和应用的科研人员的学习参考用书。

章 绪论
1.1 仿生机械学的诞生与发展
1.1.1 仿生机械学的诞生
1.1.2 仿生机械学的发展
1.2 仿生机械学的研究内容与研究方法
1.2.1 仿生机械学的研究内容
1.2.2 仿生机械学的研究方法
1.3 仿生机械学的研究热点与发展趋势
1.3.1 仿生机械学的研究现状与研究热点
1.3.2 仿生机械学的发展趋势
1.4 本书主要内容与教学要求
1.5 思考与练习
第2章 仿生机械学的基本概念
2.1 生物的启迪
2.1.1 生物不同凡响的探测能力
2.1.2 生物别具一格的伪装能力
2.1.3 生物出类拔萃的通信能力
2.2 仿生的源泉
2.2.1 片流膜的发明
2.2.2 人造手的由来
2.2.3 生物鳃与人工鳃
2.2.4 青蛙眼和电子眼
2.3 仿生的基本概念
2.3.1 仿生学定义
2.3.2 仿生学研究内容
2.4 机构学与仿生机构
2.4.1 机构学基本概念
2.4.2 机构学研究内容
2.4.3 机构运动分析
2.4.4 机构运动图解分析法
2.4.5 机构运动解析分析法
2.4.6 仿生机构基本概念及主要研究内容
2.5 机械学与仿生机械
2.5.1 机械学基本概念
2.5.2 机械学研究内容
2.5.3 机械学与仿生机械学的关系
2.6 思考与练习
第3章 仿生机械学的基础知识
3.1 仿生设计学
3.1.1 仿生设计学概述
3.1.2 仿生设计学的诞生与发展
3.1.3 仿生设计学的内容与方法
3.1.4 仿生设计学的实际应用
3.2 仿生工程学
3.2.1 仿生工程学概述
3.2.2 仿生工程学的诞生与发展
3.2.3 仿生工程学的内容与方法
3.2.4 仿生工程学的实际应用
3.3 仿生材料学
3.3.1 仿生材料学概述
3.3.2 仿生材料学的诞生与发展
3.3.3 仿生材料学的内容与方法
3.3.4 仿生材料学的实际应用
3.4 仿生制造学
3.4.1 仿生制造学概述
3.4.2 仿生制造学的诞生与发展
3.4.3 仿生制造学的内容与方法
3.4.4 仿生制造学的实际应用
3.5 思考与练习
第4章 仿生机械结构分析
4.1 仿生机械结构分析概述
4.1.1 仿生机械结构特性
4.1.2 仿生机械结构的研究内容
4.2 仿生手臂式机器人典型机械结构分析
4.2.1 仿生关节机器人机械结构分析
4.2.2 工业机器人手臂机械结构分析
4.2.3 工业机器人手腕机械结构分析
4.2.4 工业机器人手部机械结构分析
4.2.5 仿生多指灵巧手机械结构分析
4.3 仿生腿足式机器人典型机械结构分析
4.3.1 仿生腿足式机器人概述
4.3.2 仿生腿足式机器人基本组成
4.3.3 仿生腿足式机器人机构特点
4.4 仿生机械常用材料
4.4.1 仿生机械本体材料
4.4.2 仿生机械结构材料
4.4.3 仿生机械轻质材料
4.4.4 仿生机械刚性材料
4.4.5 仿生机械抗振材料
4.5 思考与练习
第5章 生物运动特性分析
5.1 生物运动特性分析概述
5.2 鸟类运动规律分析
5.2.1 鸟类运动规律的研究与探索
5.2.2 鸟类的特质
5.2.3 鸟类的飞翔
5.2.4 鸟类的习性和动作
5.3 鱼类运动规律分析
5.3.1 鱼类运动规律的研究与探索
5.3.2 鱼类的体形
5.3.3 鱼类的运动
5.3.4 鱼类的沉浮
5.3.5 鱼类的游泳
5.4 兽类运动规律分析
5.4.1 兽类四肢的结构
5.4.2 兽类的运动规律
5.5 两栖类和爬行类运动规律分析
5.5.1 两栖类运动规律分析
5.5.2 爬行类运动规律分析
5.6 昆虫类运动规律分析
5.7 人类运动规律分析
5.7.1 人的起源
5.7.2 人的进化
5.7.3 人体运动特点分析
5.7.4 人类运动规律分析
5.8 思考与练习
第6章 仿生机械运动学分析
6.1 仿生机械运动学分析概述
6.2 复数极矢量法
6.2.1 复数矢量的定义
6.2.2 复数矢量的表示
6.2.3 复数矢量的微分
6.2.4 基于复数极矢量法的平面机构运动学分析
6.2.5 基于复数极矢量法的空间机构运动学分析
6.3 直角坐标系矢量法
6.4 坐标变换矩阵法
6.4.1 连杆坐标系
6.4.2 连杆变换
6.4.3 机器人运动学
6.5 旋转变换张量法
6.5.1 旋转变换张量
6.5.2 采用旋转变换张量法求解机器人正运动与逆运动
6.6 对偶数矩阵法
6.7 机器人的运动分析
6.7.1 机器人正运动学分析实例
6.7.2 机器人逆运动学求解实例
6.8 机器人的微分运动
6.8.1 微分平移与微分旋转
6.8.2 微分运动等价变换
6.9 思考与练习
第7章 仿生机械动力学分析
7.1 仿生机械动力学分析概述
7.1.1 研究目的
7.1.2 研究方法
7.2 动力学分析的数学方法
7.2.1 牛顿一欧拉法
7.2.2 拉格朗日法
7.3 机械手动力学方程的建立与简化
7.3.1 预备知识
7.3.2 机械手动力学方程的建立
7.3.3 机械手动力学方程的简化
7.3.4 应用举例
7.4 思考与练习
第8章 仿生机械运动机理及控制方法
8.1 仿生机械运动机理概述
8.1.1 仿生机械运动测定方法
8.1.2 人的步行运动机理研究
8.1.3 蛇的伸缩运动机理研究
8.2 仿生机械运动控制机理概述
8.3 仿生机械运动控制的方法
8.3.1 机器人的位置控制
8.3.2 机器人的速度控制
8.3.3 机器人的力（力矩）控制
8.3.4 机器人的示教一再现控制
8.4 机械手的运动控制算法
8.4.1 简易位置控制算法――空间单元法
8.4.2 运动轨迹控制算法
8.4.3 速度控制法
8.5 思考与练习
第9章 仿生机械创新设计的原理与方法
9.1 仿生机械创新设计概论
9.1.1 仿生机械创新设计的含义
9.1.2 仿生机械创新设计的特点
9.1.3 仿生机械创新设计的方法
9.2 仿生机械创新设计的基本原理
9.2.1 仿生机械创新设计的组合原理与运用
9.2.2 仿生机械创新设计的变异演化原理与运用
9.2.3 仿生机械创新设计的反求原理与运用
9.3 仿生机械创新设计的实际案例――四足机器人结构设计
9.3.1 四足机器人结构设计概述
9.3.2 四足机器人运动参数的仿生学分析
9.3.3 四足机器人腿部结构参数的分析与确定
9.3.4 四足机器人腿部结构设计
9.3.5 机器人髋关节及大腿组件设计
9.3.6 机器人膝关节及小腿组件设计
9.3.7 机器人腿部侧摆组件设计
9.3.8 机器人液压系统及其他元器件选型
9.3.9 机器人单腿整体结构设计
9.3.10 四足机器人整体结构设计
9.3.11 四足机器人结构的受力分析
9.4 思考与练习
参考文献