跳甲成蟲善于跳躍,行動靈活,其后足腿節(jié)膨大,內(nèi)具一骨化的跳器,是鞘翅目中重要的跳躍昆蟲之一。近年來,隨著功能形態(tài)學與仿生學的發(fā)展,昆蟲足部的功能形態(tài)、運動行為及仿生應用成為了國內(nèi)外學者的研究熱點,但有關跳甲跳躍行為的研究仍較為缺乏。本文以薊跳甲Altica cirsicola Ohno、老鸛草跳甲Altica viridicyanea（Baly）、蛇莓跳甲Altica fragariae（Nakane）和黃櫨跳甲Ophrida xanthospilota（Baly）為研究對象,利用高速攝像、顯微CT、計算機三維重建、視頻分析等技術來探究其跳躍行為、足內(nèi)外部的形態(tài)結構和胸部肌肉。主要結果如下:（1）跳躍行為:四種跳甲表現(xiàn)出三種起跳模式。不展翅模式（mode1）:起跳時不展翅,跳躍過程中蟲體連續(xù)旋轉,翅始終不打開,最后著陸;半展翅模式（mode2）:蟲體起跳后旋轉,在半空中展翅,此時身體停止旋轉,最后著陸;展翅模式（mode3）:蟲體由翅協(xié)助起跳,不旋轉,直接飛行并著陸。四種跳甲都更傾向于采用mode1起跳,其次是mode2,最后是mode3。黃櫨跳甲采用mode2起跳的比例大于另外三種跳... 

【文章來源】：河北大學河北省

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

實驗平臺示意圖(a)跳躍平臺示意圖；(b)拍攝平臺示意圖

第二章跳甲的跳躍行為研究9線與水平面的夾角（圖2-2a）。保存后足離開地面時的單幀圖片，在ImageJ（NationalInstituteofMentalHealth,USA）中測量起跳角α。跳甲后足離開起跳平面的時間記為T=0ms，起跳時間t為跳甲足部開始伸展至其完全離開地面的時間。由于跳甲離開地面時，其后足跗節(jié)并未伸展，因此，起跳距離l為跳甲后足腿節(jié)與脛節(jié)的長度之和，即l=l1+l2（圖2-2a）。視頻中的每幀圖片用PCC軟件導出，然后用HeliconFocus（HeliconSoftLtd.,Kharkov,Ukraine）對圖片進行合成以獲得跳躍軌跡。使用軟件IBMSPSSStatistics24（IBMInc.,NewYork,USA）對四種跳甲的跳躍參數(shù)進行差異顯著性分析（單因素ANOVA檢驗，TurkeyHSD多重比較）；使用軟件GraphPadPrism5（GraphPadInc.,California,USA）作柱形圖（平均值±標準誤）。本實驗涉及到的計算數(shù)據(jù)均以平均值±標準誤表示。平均起跳速、平均起跳加速度、起跳過程中需要的能量E以及起跳過程中產(chǎn)生的力F由下列公式計算得出。v=l/t①a=v/t②E=m2/2③F=ma④圖2-2跳甲基本參數(shù)測量示意圖(a)起跳角α、起跳速度v、起跳距離l的測量示意圖，l1：腿節(jié)長，l2：脛節(jié)長；(b)跳甲足部分節(jié)測量示意圖Fig.2-2Diagramofmeasuredparametersoffleabeetles(a)Thediagramofmeasurementofα,t,vandl.l1:thelengthoffemur,l2:thelengthoftibia;(b):Schematicdiagramofthemeasurmentofthehindleglength

第二章跳甲的跳躍行為研究11圖2-3蟲體的空間三維坐標系Fig.2-3Threedimensionalcoordinatesystemoffleabeetle’sbody本實驗追蹤了四種跳甲的跳躍軌跡，并總結出了三種起跳模式。第一種是不展翅模式（mode1,winglessmode），跳甲起跳時不展翅，跳躍過程中蟲體存在俯仰（pitch）和翻滾（roll）旋轉，翅在跳躍全程中不伸展，最終著陸（圖2-4a,b）。第二種是半展翅模式（mode2,simi-wingedmode），跳甲起跳時不展翅，蟲體存在俯仰和翻滾旋轉，隨后在半空中打開翅，翅伸展并連續(xù)拍打，此時蟲體停止俯仰旋轉直至著陸（圖2-4c,d）。第三種是展翅模式（mode3,wingedmode），翅先伸展，協(xié)助跳甲起跳，蟲體以飛行的方式在空中運動，飛行過程中蟲體不俯仰旋轉，但存在翻滾旋轉，最終以飛行模式著陸（圖2-4e,f）。對四種跳甲起跳過程中采用的這三種模式進行統(tǒng)計，結果如下：在傾角固定的著陸平臺上，薊跳甲（n=113）mode1、mode2和mode3所占的比例分別為69.91%、23.89%、6.19%；老鸛草跳甲（n=125）mode1、mode2和mode3所占的比例分別為92%、8%、0%；蛇莓跳甲（n=147）mode1、mode2和mode3所占的比例分別為90.48%、4.76%、4.76%；黃櫨跳甲（n=111）mode1、mode2和mode3所占的比例分別為64.86%、32.43%、0%。在活動著陸平臺上，薊跳甲（n=38）mode1、mode2和mode3所占的比例分別為86.84%、5.26%、7.89%；老鸛草跳甲（n=65）跳躍模式全部采取mode1；蛇莓跳甲（n=36）mode1、mode2和mode3所占的比例分別為97.22%、2.78%、0%。黃櫨跳甲（n=44）mode1、mode2和mode3所占的比例分別為86.36%、13.64%、0%。由此可見，不管是面對固定傾角的著陸平臺還是活動的著陸平臺，這四種跳甲都最傾向于采用mode1，其次是mode2，最后是mode3（表2-1）。由表2-1可以看出，薊跳?

【參考文獻】：
期刊論文
[1]香山公園黃櫨黃點直緣跳甲綜合防治研究[J]. 宋立洲,焦進衛(wèi),杜萬光,陳亮.  現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技. 2015(21)
[2]高速攝像技術的應用研究[J]. 孔令梅.  黑龍江科技信息. 2014(20)
[3]鞘翅目形態(tài)結構的三維重建與功能之間關系探討的有效方法評估[J]. 葛斯琴,任靜,高彩霞.  應用昆蟲學報. 2013(06)
[4]X射線成像技術在昆蟲形態(tài)學研究中的應用[J]. 李德娥,張凱,朱佩平,吳自玉,周紅章.  生命科學. 2013(08)
[5]仿生甲蟲六足機器人結構設計與步態(tài)分析[J]. 姜樹海,孫培,唐晶晶,陳波.  南京林業(yè)大學學報(自然科學版). 2012(06)
[6]仿蝗蟲腳掌的機器人腳結構設計及其優(yōu)化[J]. 盧松明,郭策,戴振東.  科學通報. 2012(26)
[7]仿蝗蟲機器人運動形態(tài)的三維動態(tài)仿真[J]. 陳勇,陳東輝,佟金,陳秉聰.  農(nóng)業(yè)機械學報. 2007(09)
[8]跳甲屬（鞘翅目,葉甲科,跳甲亞科）同域分布種及其寄主關系探討[J]. 翟宗昭,薛懷君,王書永,楊星科.  動物分類學報. 2007(01)
[9]蛇莓跳甲的生物學初步觀察[J]. 薛懷君,王書永,李文柱,張學忠,楊星科.  昆蟲知識. 2007(01)
[10]跳甲亞科系統(tǒng)分類學研究進展[J]. 張勇,楊星科.  昆蟲知識. 2004(04)

博士論文
[1]跳躍昆蟲的運動仿生與感知仿生研究[D]. 李霏.浙江大學 2011
[2]甲蟲鞘翅材料微結構、力學性能及聯(lián)接機制的研究[D]. 楊志賢.南京航空航天大學 2009

碩士論文
[1]仿生甲蟲可重構機器人控制系統(tǒng)研究[D]. 柳天虹.南京林業(yè)大學 2013



本文編號：3563140