隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷發(fā)展,機(jī)械行業(yè)隨之迅猛發(fā)展,同時(shí)也帶動(dòng)了液壓設(shè)備的發(fā)展。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是液壓裝備的核心系統(tǒng),其應(yīng)用遍及工業(yè)各領(lǐng)域。然而目前的液壓系統(tǒng)普遍存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功率質(zhì)量比低、響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、能效低等問(wèn)題亟待解決。經(jīng)歷了億萬(wàn)年的自然選擇與優(yōu)勝劣汰,智利捕鳥(niǎo)蛛由于覓食、捕食、逃跑等生存需求而進(jìn)化并具備了特殊的“生物液壓系統(tǒng)”,能夠利用較低的內(nèi)部流體壓力實(shí)現(xiàn)高效的驅(qū)動(dòng)和運(yùn)動(dòng),并具備無(wú)污染、結(jié)構(gòu)緊湊、高效率與功率質(zhì)量比、運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)控制、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。故本文選擇捕鳥(niǎo)蛛為研究對(duì)象,分析其高效液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)制,揭示其驅(qū)動(dòng)原理,為新型液壓系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展提供生物力學(xué)基礎(chǔ),具有重要的科學(xué)意義和工程實(shí)用價(jià)值。通過(guò)搭建試驗(yàn)平臺(tái)并利用高速攝像以及三維跟蹤軟件Simi Motion運(yùn)動(dòng)分析系統(tǒng)研究了水平硬路面、水平松軟路面、斜坡松軟路面三種不同環(huán)境下捕鳥(niǎo)蛛的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律,分析了一個(gè)周期內(nèi)其關(guān)節(jié)角的變化范圍,其步態(tài)模式完全吻合交替四角步態(tài)模式,捕鳥(niǎo)蛛在三種路面環(huán)境下,八條腿的負(fù)載因數(shù)即支撐期都大于50%有的甚至達(dá)到70%,這表明蜘蛛行走具有良好的穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn),液壓驅(qū)動(dòng)的關(guān)節(jié)腿節(jié)-膝節(jié)、脛節(jié)–跗節(jié)兩個(gè)關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)角變化范圍大,這在一定程度上說(shuō)明說(shuō)明有液壓驅(qū)動(dòng)的關(guān)節(jié)對(duì)于蜘蛛行走作用大、效果明顯。觀察捕鳥(niǎo)蛛腿部生理切片,發(fā)現(xiàn)肌肉團(tuán)附著在外骨骼內(nèi)側(cè),并包裹著血淋巴管,通過(guò)肌肉的收縮改變管道直徑大小,從而能控制腿部血淋巴壓力的大小,內(nèi)部的流體壓力應(yīng)該是肌肉和血淋巴自身壓力共同作用的結(jié)果。通過(guò)局部電鏡顯微觀測(cè)試驗(yàn),可以清楚看到捕鳥(niǎo)蛛腿節(jié)-膝節(jié)中,屈膝肌一頭連在腿節(jié)表面的背側(cè),一頭直接連接膝節(jié)的邊緣,屈膝肌提供腿-膝關(guān)節(jié)強(qiáng)彎曲力,最長(zhǎng)的肌肉是膝節(jié)長(zhǎng)屈肌,它開(kāi)始于轉(zhuǎn)節(jié)的側(cè)端,經(jīng)過(guò)整個(gè)腿節(jié),另一端連結(jié)在膝節(jié)的一個(gè)馬蹄形的幾丁質(zhì)板上面,它的彎曲強(qiáng)度遠(yuǎn)小于屈膝肌,此關(guān)節(jié)中沒(méi)有伸肌的存在。脛節(jié)-跗節(jié)中包含屈跗肌和跗節(jié)長(zhǎng)屈肌兩塊肌肉,也沒(méi)見(jiàn)到伸肌的存在。利用Amira軟件對(duì)Micro-CT掃描分析試驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行了三維重建,獲得了捕鳥(niǎo)蛛一側(cè)四條步足的三維模型。通過(guò)Amira軟件切平面功能,觀察分析了四條步足內(nèi)部流體(血淋巴)通道的走向和分支,大致了解了步足內(nèi)部通道。發(fā)現(xiàn)在關(guān)節(jié)處存在許多球狀的腔竇,可能與存貯液體有關(guān)。利用Geomagic Studio軟件提取了蜘蛛步足腿節(jié)-膝節(jié)、脛節(jié)-跗節(jié)兩個(gè)關(guān)節(jié)的內(nèi)部流體(血淋巴)通道,并減小數(shù)據(jù)量,光滑、填充了表面,生成了曲面文件。最后轉(zhuǎn)化成實(shí)體模型.對(duì)捕鳥(niǎo)蛛腿部腿節(jié)-膝節(jié)、脛節(jié)-跗節(jié)內(nèi)的流道進(jìn)行了CFD仿真,分析了其對(duì)于高效液壓驅(qū)動(dòng)的影響。研究發(fā)現(xiàn),蜘蛛腿部?jī)申P(guān)節(jié)內(nèi)通道均相通,且通道沿腿部長(zhǎng)軸方向的截面存在寬窄切換的特殊結(jié)構(gòu)。仿真表明,該結(jié)構(gòu)可有效的增大流經(jīng)該區(qū)域流體的流速和壓力,這有利于蜘蛛腿部壓力的高效驅(qū)動(dòng)。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH137
【部分圖文】：

圖 1.1 蜘蛛死后步足的彎曲 圖 1.2 捕鳥(niǎo)蛛的捕食行為研究表明，動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)十分精細(xì)與復(fù)雜，是由骨骼-肌肉系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、感知器官等一系列組織器官協(xié)調(diào)配合作用的結(jié)果,能適應(yīng)各種不同的環(huán)境。不同物種

圖 1.1 蜘蛛死后步足的彎曲 圖 1.2 捕鳥(niǎo)蛛的捕食行為研究表明，動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)十分精細(xì)與復(fù)雜，是由骨骼-肌肉系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、感知器官等一系列組織器官協(xié)調(diào)配合作用的結(jié)果,能適應(yīng)各種不同的環(huán)境。不同物種

圖 1.3 智利紅玫瑰 圖 1.4 捕鳥(niǎo)蛛的步足早在 1909 年，Petrunkevitch 就通過(guò)解剖實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了蜘蛛腿部腿節(jié)-膝節(jié)、脛節(jié)–跗節(jié)兩個(gè)關(guān)節(jié)處缺少相應(yīng)的伸肌[9]。1944 年 William C. Kerckhoff 討論分析得出蜘蛛的體內(nèi)存在液壓系統(tǒng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)靠液壓力驅(qū)動(dòng)步足伸展實(shí)現(xiàn)向前跨步運(yùn)動(dòng)，依
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2869069