機械工程中級職稱論文
機械工程是研究機械系統和機械產品的設計、效能和製造的科學理論、方法和技術的科學，下面是小編整理的，希望你能從中得到感悟!
篇一
仿生與機械工程的未來
【摘要】 機械工程的不斷前進離不開仿生研究,所以說仿生研究與機械工程息息相關。利用大自然的生物體的奇特功效和功能用於機械工程,班固人類減輕負擔。本文主要是引出新時代的機械工程與仿生之間的關係,介紹仿生機械學的發展現狀,包括仿生機械抓取、仿生移動機械、仿生承力機械;以及仿生機械學存在的問題和發展趨勢,最後得出結論。
【關鍵詞】 仿生機械工程未來
1 引言
新時代的機械工程與傳統的機械工程不同,它是機電一體化的一門新的學科。首先機械自身擁有的效能決定機械工程發展的內因,微電子技術促進機械工程的發展屬於外因;現在科學技術的飛速發展主要是仿照了生物外形、結構和功能的設計來改進機械工程的,因為機械裝置本身的結構、狀態、控制、消耗的合理性是基礎,合理性就需要合理的判斷,那就是大自然的生物界。雖然每一項的機械設計都極力與大自然的生物體相匹配,但是在很多情況下,人造的機械工程還是遜於生物體。為了能更好的將大自然的生物體的神奇特性和功能賦予到我們能夠利用的機械工程,使自然界能夠更高效、更有規律的進行,就需要仿生的產生。
2 仿生機械學的發展現狀
仿生機械學的研究領域主要包括生物力學、控制體和機器人。下面分別介紹這幾個仿生機械的發展現狀:
2.1 仿生機械抓取
仿生機械抓取功能就是研究放仿人形機械手。人手活動非常靈敏,因此在仿生人形機械手的時候設計了27個自由度,這樣不僅能精確定位,還能讓它做出複雜又精細的動作,這給醫學的健康工程和假肢技術等提供了便利。
仿人形機械手分為六個部分,分別為:***1***工業機器人用機械手。採用的是伺服機和自動控制技術,研發出實用性強的自動操作裝置,幫助人類完成許多瑣碎的、機械的、耗時的和危險性高、環境惡劣的作業;***2***科研智慧機器人用機械手。主要用於太空和海洋的探測、拍照,對試樣的採集和分析。隨著科學技術的不斷前進,科研對機器人的精度要求越來越高,仿生機械學就不斷的改良自己的機械;***3***醫療用機械手。主要目的是補償人缺失的功能,例如將器械直接安裝到人體上或者是設在體外,形成獨立的系統;***4***軍事用機械手。主要用於戰爭時的排雷、反恐襲擊,目前實驗的軍事機械手功能逐漸轉向一些獨特的作用,例如可以實現對別國的衛星進行干擾甚至打擊,將其衛星捕獲;***5***家庭用機械手。家用機器人受到許多技術的限制,致使反應不靈敏,所以一些類似端杯子的活還不能做,但是2011年初,美國哈弗和耶魯大學的研究員螳螂腿部結構的啟發,對家用機器人進行了一番改造之後,新設計出來的機械手可以自動調節並抓住各種形狀的物體,提高了它的靈敏性和精確性。
2.2 仿生移動機械
隨著科研的不斷前進,傳統輪式移動的機械已經不能滿足人類的需求,因此研究員就根據在特殊的環境的生物移動方式進行深入研究和拓展。
主要研究了六種移動機構,分別為:***1***仿生輪式移動機構。傳統的輪式就夠具有速度快的特徵,但是在複雜環境下,穩定性不好,從而影響運動的速度。利用仿生機械學的機理,模仿一個跟生物一樣的膝關節,使之在轉動時即使遇到不平衡的地形也可以有足夠的穩定性和速度;***2***仿生足式移動機構。足式移動機構是運用最廣泛的陸地運動,模仿起來也比較複雜。傳統的步式機構自由度多、控制複雜、運動緩慢、運動障礙物時無能為力。而新型的步式機構模仿的是螳螂的腿部結構,從而製造出具有八條腿的機器人,使得其速度和穩定性都有所提高,打破了傳統步式結構的記錄;***3***仿生履帶式移動機構。所謂仿生履帶式移動機構就是在繼承了傳統的履帶式移動機構的基礎上,裝備了兩對對鰭狀肢,使其無論是在跨越障礙,跨越鴻溝、攀爬方面都有了明顯的優勢;***4***仿生蠕動式移動機構。例如仿生蛇的蠕動,就是將移動的機構的一部分由帶有輪子的模組串成,另一部分有強度大的連狀構成,通過運動之間的扭轉實現運動;***5***遊動式移動機構。當陸地的資源不足以滿足人類的需求的時候,海洋就成了人類垂涎的地方,而採用傳統的螺旋槳移動機械在前進的過程中會產生側向的渦流,降低了前進速度,浪費能量。因此模擬海洋生物強的降低阻力的外形和靈敏的遊動方式至關重要,也稱為未來遊動式移動機構發展的趨勢;***6***飛行式移動機構。它是基於模擬鳥類或昆蟲飛行的原理設計出來的,也就是通過撲翼就能實現舉升、懸停和前進。
2.3 仿生承力機械
以上都是講仿生學運用到機械的結構設計中,但是生物的某種特定功能、機理、特定靜態承力結構也顯得很重要,這就是仿生承力機械。
3 仿生機械學存在的問題和發展趨勢
儘管仿生機械學已經得到了人類的重視,但是在不斷的探索和研究中扔發現許多問題,表現如下:***1***技術水平的限制。經過幾億年的進化,生物已經形成了很複雜且特殊的功能,而目前,人類卻對這種功能袖手旁觀,因為缺乏必要的技術手段。因此很難對生物體進行細緻、深入、系統的研究,這就影響的仿生的水平。***2***仿生機械學是一門邊緣學科。它涉及了生物學、機械工程、電子技術等很多學科的交叉、滲透。因此大大的增加了仿生機械工程學的學習困難度,也很難協調的運用它。***3***仿生研究的方向問題。目前很多研究員是將仿生看成是一種瞭解生物體奧妙之後運用的學科,其實學習仿生學,更應該從本質上去了解生物體的結構、功能之間的關係和產生的實用性系統或裝置,只有突破它,才能更好的運用帶人類中,為人類服務。
仿生機械學的研究和運用在科學技術領域上雖然僅僅邁出了一小部分,但是隨著人類對其他學科的不斷深入研究,以及目前生物技術的高速發展,都會直接的或間接的促進仿生機械學的發展,使其擁有更為廣闊的發展前景。
4 結語
仿生機械學都是基於大自然的研究,所有的機械工程設計的靈感都是來自大自然中的生物體。因此,人類不能盲目的利用大自然,應該走出一條自己創新的路,不要老跟在別人後面,科學技術力量才會更加壯大。未來的仿生與機械工程都會向著更精密,更穩定的方向發展。
參考文獻:
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