王周义博士答辩

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王周义博士答辩

发布时间:2015-06-10浏览次数:1549作者:来源:机电学院供图:审核:

答辩博士：王周义

指导教师：戴振东教授

论文题目：大壁虎斜面运动力学、脚趾外翻脱附力学及其仿生研究

答辩委员会：

主席：赵淳生教授/博导南京航空航天大学

委员：宋爱国教授/博导东南大学

胡征教授/博导南京大学

陈卫东研究员/博导南京航空航天大学

朱如鹏教授/博导南京航空航天大学

裘进浩教授/博导南京航空航天大学

戴振东教授/博导南京航空航天大学

秘书：王文波副研究员/硕导南京航空航天大学

答辩时间：2015年6月13日8:30-12:00

地点：南航明故宫校区A3-318

学位论文简介：

本论文从力测试设备的研制开始，通过测试壁虎在不同倾斜度表面运动的反力及行为，系统地研究了壁虎是如何调节运动反力及行为以适应斜面倾斜度以及运动方向的变化；然后，从宏观角度揭示了壁虎脚掌如何与表面形成可靠的附着从而产生在斜面运动所需的力；最后，通过实验测试了壁虎脚趾外翻的力学规律，揭示壁虎是如何快速地实现脱附.

（1）基于自行研制的三维力传感器，设计研制了由多个三维力传感器组成的力测试阵列为核心的动物运动行为--反力测试系统。

（2）研究了壁虎在三个典型基底表面(水平面、竖直面和倒置面)自由运动状态下脚掌连续的三维运动反力，发现动物通过调节运动反力模式以应对重力对于运动的影响从而获得更多的便利――运动安全性的提高或者运动性能的增强。

（3）测试了壁虎在不同倾斜度斜面运动时(0°~180°)，其前后脚上的运动反力，获得了运动反力模式发生变化的倾斜度阈值。并建立了运动单元多级协同作用模型，说明不同层级运动单元间的协调作用是壁虎能够在倒置表面运动的必要条件之一。

（4）通过电刺激控制壁虎黏/脱附行为的对应神经干，实现了脚趾外翻过程的黏附接触力学规律的测试。并建立了仿壁虎脚趾的分段非连续外翻模型。

主要创新点如下：

1.系统地研究了动物运动反力及行为对于倾斜面大范围斜度变化时的响应，确定了动物运动反力模式发生变化的倾斜度阈值，发现了匍匐运动对于倒置表面运动的必要性，并从体重分配，驱动模式，运动稳定、步态调节等方面揭示了匍匐运动壁虎在应对倾斜度变化时的力学机制，有望指导仿壁虎机器人的设计使其能够成功攀爬于倒置的天花板表面。

2.设计研制新型的力测试系统，突破了已有测试设备对于单腿运动反力测试的局限，使得对于肢体间协同作用的研究成为现实。并依据测试结果，提出了表达运动反力相互关系的新方法，从而清晰地呈现单个步足的运动反力分量之间的关系以及作用于各个步足上运动反力之间的内在联系。

3.将生物神经调控技术引入黏附机制研究。首次获得了壁虎脚趾真实外翻脱附状态下的脱附力学。建立了壁虎脚趾的分段非连续脱附的力学模型，可以定量地分析各部分材料属性、载荷作用方式对脱附性能的影响，用于指导仿生黏附系统的设计。

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