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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