第1章 绪论 1
1.1仿生机械学的诞生与发展 1
1.1.1仿生机械学的诞生 1
1.1.2仿生机械学的发展 2
1.2仿生机械学的研究内容与研究方法 4
1.2.1仿生机械学的研究内容 4
1.2.2仿生机械学的研究方法 5
1.3仿生机械学的研究热点与发展趋势 7
1.3.1仿生机械学的研究现状与研究热点 7
1.3.2仿生机械学的发展趋势 9
1.4本书主要内容与教学要求 10
1.5思考与练习 11
第2章 仿生机械学的基本概念 12
2.1生物的启迪 12
2.1.1生物不同凡响的探测能力 12
2.1.2生物别具一格的伪装能力 12
2.1.3生物出类拔萃的通信能力 14
2.2仿生的源泉 15
2.2.1片流膜的发明 15
2.2.2人造手的由来 17
2.2.3生物鳃与人工鳃 18
2.2.4青蛙眼和电子眼 19
2.3仿生的基本概念 20
2.3.1仿生学定义 20
2.3.2仿生学研究内容 21
2.4机构学与仿生机构 32
2.4.1机构学基本概念 32
2.4.2机构学研究内容 40
2.4.3机构运动分析 40
2.4.4机构运动图解分析法 42
2.4.5机构运动解析分析法 45
2.4.6仿生机构基本概念及主要研究内容 45
2.5机械学与仿生机械 45
2.5.1机械学基本概念 45
2.5.2机械学研究内容 46
2.5.3机械学与仿生机械学的关系 46
2.6思考与练习 46
第3章 仿生机械学的基础知识 49
3.1仿生设计学 49
3.1.1仿生设计学概述 49
3.1.2仿生设计学的诞生与发展 49
3.1.3仿生设计学的内容与方法 53
3.1.4仿生设计学的实际应用 56
3.2仿生工程学 57
3.2.1仿生工程学概述 57
3.2.2仿生工程学的诞生与发展 58
3.2.3仿生工程学的内容与方法 58
3.2.4仿生工程学的实际应用 62
3.3仿生材料学 63
3.3.1仿生材料学概述 63
3.3.2仿生材料学的诞生与发展 64
3.3.3仿生材料学的内容与方法 66
3.3.4仿生材料学的实际应用 69
3.4仿生制造学 70
3.4.1仿生制造学概述 70
3.4.2仿生制造学的诞生与发展 70
3.4.3仿生制造学的内容与方法 72
3.4.4仿生制造学的实际应用 76
3.5思考与练习 77
第4章 仿生机械结构分析 79
4.1仿生机械结构分析概述 79
4.1.1仿生机械结构特性 79
4.1.2仿生机械结构的研究内容 80
4.2仿生手臂式机器人典型机械结构分析 81
4.2.1仿生关节机器人机械结构分析 81
4.2.2工业机器人手臂机械结构分析 83
4.2.3工业机器人手腕机械结构分析 90
4.2.4工业机器人手部机械结构分析 97
4.2.5仿生多指灵巧手机械结构分析 103
4.3仿生腿足式机器人典型机械结构分析 107
4.3.1仿生腿足式机器人概述 107
4.3.2仿生腿足式机器人基本组成 112
4.3.3仿生腿足式机器人机构特点 120
4.4仿生机械常用材料 130
4.4.1仿生机械本体材料 130
4.4.2仿生机械结构材料 130
4.4.3仿生机械轻质材料 132
4.4.4仿生机械刚性材料 136
4.4.5仿生机械抗振材料 137
4.5思考与练习 138
第5章 生物运动特性分析 139
5.1生物运动特性分析概述 139
5.2鸟类运动规律分析 139
5.2.1鸟类运动规律的研究与探索 139
5.2.2鸟类的特质 140
5.2.3鸟类的飞翔 141
5.2.4鸟类的习性和动作 145
5.3鱼类运动规律分析 148
5.3.1鱼类运动规律的研究与探索 148
5.3.2鱼类的体形 148
5.3.3鱼类的运动 151
5.3.4鱼类的沉浮 154
5.3.5鱼类的游泳 154
5.4兽类运动规律分析 158
5.4.1兽类四肢的结构 158
5.4.2兽类的运动规律 159
5.5两栖类和爬行类运动规律分析 173
5.5.1两栖类运动规律分析 173
5.5.2爬行类运动规律分析 176
5.6昆虫类运动规律分析 178
5.7人类运动规律分析 183
5.7.1人的起源 183
5.7.2人的进化 185
5.7.3人体运动特点分析 188
5.7.4人类运动规律分析 190
5.8思考与练习 195
第6章 仿生机械运动学分析 197
6.1仿生机械运动学分析概述 197
6.2复数极矢量法 197
6.2.1复数矢量的定义 198
6.2.2复数矢量的表示 198
6.2.3复数矢量的微分 199
6.2.4基于复数极矢量法的平面机构运动学分析 200
6.2.5基于复数极矢量法的空间机构运动学分析 202
6.3直角坐标系矢量法 205
6.4坐标变换矩阵法 206
6.4.1连杆坐标系 207
6.4.2连杆变换 208
6.4.3机器人运动学 209
6.5旋转变换张量法 210
6.5.1旋转变换张量 210
6.5.2采用旋转变换张量法求解机器人正运动与逆运动 210
6.6对偶数矩阵法 212
6.7机器人的运动分析 213
6.7.1机器人正运动学分析实例 213
6.7.2机器人逆运动学求解实例 215
6.8机器人的微分运动 218
6.8.1微分平移与微分旋转 218
6.8.2微分运动等价变换 220
6.9思考与练习 222
第7章 仿生机械动力学分析 225
7.1仿生机械动力学分析概述 225
7.1.1研究目的 225
7.1.2研究方法 225
7.2动力学分析的数学方法 226
7.2.1牛顿-欧拉法 226
7.2.2拉格朗日法 227
7.3机械手动力学方程的建立与简化 228
7.3.1预备知识 228
7.3.2机械手动力学方程的建立 232
7.3.3机械手动力学方程的简化 237
7.3.4应用举例 239
7.4思考与练习 245
第8章 仿生机械运动机理及控制方法 249
8.1仿生机械运动机理概述 249
8.1.1仿生机械运动测定方法 249
8.1.2人的步行运动机理研究 251
8.1.3蛇的伸缩运动机理研究 252
8.2仿生机械运动控制机理概述 254
8.3仿生机械运动控制的方法 256
8.3.1机器人的位置控制 257
8.3.2机器人的速度控制 258
8.3.3机器人的力（力矩）控制 258
8.3.4机器人的示教—再现控制 260
8.4机械手的运动控制算法 261
8.4.1简易位置控制算法——空间单元法 261
8.4.2运动轨迹控制算法 265
8.4.3速度控制法 268
8.5思考与练习 271
第9章 仿生机械创新设计的原理与方法 272
9.1仿生机械创新设计概论 272
9.1.1仿生机械创新设计的含义 272
9.1.2仿生机械创新设计的特点 273
9.1.3仿生机械创新设计的方法 274
9.2仿生机械创新设计的基本原理 274
9.2.1仿生机械创新设计的组合原理与运用 274
9.2.2仿生机械创新设计的变异演化原理与运用 279
9.2.3仿生机械创新设计的反求原理与运用 284
9.3仿生机械创新设计的实际案例——四足机器人结构设计 285
9.3.1四足机器人结构设计概述 285
9.3.2四足机器人运动参数的仿生学分析 287
9.3.3四足机器人腿部结构参数的分析与确定 292
9.3.4四足机器人腿部结构设计 306
9.3.5机器人髋关节及大腿组件设计 310
9.3.6机器人膝关节及小腿组件设计 313
9.3.7机器人腿部侧摆组件设计 319
9.3.8机器人液压系统及其他元器件选型 323
9.3.9机器人单腿整体结构设计 325
9.3.10四足机器人整体结构设计 328
9.3.11四足机器人结构的受力分析 329
9.4思考与练习 341
参考文献 343