上海交通大学：《力学仿生——启示与探索》课程教学资源（讲课讲稿）11尹浩

基于水黾和蛇怪蜥蜴 的水上漂仿生 安泰经济与管理学院入517120910117尹浩

基于水黾和蛇怪蜥蜴 的水上漂仿生 安泰经济与管理学院 517120910117 尹浩

●Part1仿生水黾 1.现有的关于水黾的仿生 2现有仿生的缺点 3.水黾的跳跃运动 目录 Content ●Part2仿生蛇怪蜥蜴 1.蛇怪蜥蜴的运动方式 2.蛇怪蜥蜴的仿生法 ●Part3另一种思路

Part 1仿生水黾 1.现有的关于水黾的仿生 2.现有仿生的缺点 3.水黾的跳跃运动 Part 2 仿生蛇怪蜥蜴 1.蛇怪蜥蜴的运动方式 2.蛇怪蜥蜴的仿生法 Content Part 3 另一种思路

仿生水黾 (交通工具)

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现有的 现有的关 支撑腿 用超疏水 支撑题 划水机构< 漂浮，靠 超疏水的 密度、弹 曲柄 法、溶液 材料具有 图2.4.1 除了靠水 靠浮力实 微型舵机1 料等材料 受到流体 电机1 锥齿轮 影响稳定 拾腿机构 划水腿 图2.4.2 图2,4电机驱动的仿水黾机器人模型 Fig.2.4 Water strider robot model driven by motor

现有的关于水黾的仿生 现有的关于水黾的仿生基本思路是模仿水黾的外形， 用超疏水的材料制作仿生水黾腿，靠水面张力实现 漂浮，靠驱动腿的滑动实现水面上的运动。 超疏水的材料主要以铜或钢作为原料（考虑到 密度、弹性模量等因素），并通过电化学沉淀 法、溶液浸泡法、纳米组装法等一系列操作使 材料具有超疏水的特性。 除了靠水面张力实现漂浮，另一种思路是 靠浮力实现，在仿水黾腿时使用如泡沫塑 料等材料。但利用浮力的方法在运动时会 受到流体绕流的影响，产生较大的波纹， 影响稳定性，所以使用较少

现有位 与水团按腰 ● 仿 b) ● 方 a d 图24水黾腿的弹簧性能

现有仿生的缺点 仿生机器人运动速度相对较慢 仿生大多只是仿了水黾的外形，但运动时破坏了水面，其真正的运动 方式特点并未实现（腿上螺旋排列的刚毛保证稳定性并产生漩涡）

水黾的跳跃运动

水黾的跳跃运动 水黾的运动分为“滑行移动”和“跳跃移动”，跳跃 的动作在躲避障碍物时极为关键 水黾在完成跳跃运动时会先下压自己的腿部，但并未 破坏水面，所以会受到水面张力的反作用力，使得跳 跃得以完成（类似蹦床）

仿生蛇怪蜥蜴 （水上行走)

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蛇怪蜥蜴的运动方式 蛇怪蜥蜴在水上行走分为3个步骤：拍击、扑 水和恢复。 拍击水面时，脚掌竖直向下运动，压迫水流下 沉或从脚掌周围流走从而形成气穴，产生向上 的力。 扑水过程和游泳划水一样，提供向前的力。同 时，在身体中存在一种横向的力，保证蜥蜴不 会侧翻。 恢复过程中，在气穴破裂之前拾脚出水面，减 少水流阻力。 拍击 扑水 恢复向上一 恢复向下 0 ms 16s 40 ms 104ms 120ms

蛇怪蜥蜴的运动方式 蛇怪蜥蜴在水上行走分为3个步骤：拍击、扑 水和恢复。 拍击水面时，脚掌竖直向下运动，压迫水流下 沉或从脚掌周围流走从而形成气穴，产生向上 的力。 扑水过程和游泳划水一样，提供向前的力。同 时，在身体中存在一种横向的力，保证蜥蜴不 会侧翻。 恢复过程中，在气穴破裂之前抬脚出水面，减 少水流阻力

蛇怪蜥蜴的仿生法 在仿生蛇怪 推进机构 电机与主体 翻是一个考 伞齿轮减速器框架 平衡舵机 流冲击、溅制 在制作平衡 原理，将平 平衡尾翼 图1.15双足水上行走机器人

蛇怪蜥蜴的仿生法 在仿生蛇怪蜥蜴水上行走时，如何保持平衡不侧 翻是一个考验。在水面行走时产生气穴，同时水 流冲击、溅起水花等扰动远超地面。 在制作平衡系统时，采用倒立摆等平衡系统的 原理，将平衡问题转化为力矩补偿问题

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蛇怪蜥蜴的仿生法