基于形态匹配的产品仿生设计融合

为解决产品形态仿生设计中目标域与源域匹配与融合的问题,从工业设计和计算机图形学出发,探索性地提出基于形态匹配的产品仿生设计融合方法。将能表现生物特点的正面、侧面、背面和其他图片进行轮廓化处理,构建生物轮廓数据集;对给定的目标域产品轮廓,使用形状上下文匹配法计算其与生物轮廓数据集中所有生物轮廓之间的形状距离,找到和目标域产品相匹配的源域生物;对匹配好的目标域产品和源域生物进行特征点一一对应标注,使用图像变形技术产生仿生程度不同的仿生产品,实现目标域与源域的仿生融合。该方法能够有效地进行产品与生物的仿生匹配和仿生融合,为设计师提供设计参考和快速生成工具。

新型仿生膝关节的机构设计与仿真研究

通过对假肢膝关节系统的功能原理分析,提出了多种新型假肢膝关节结构方案,拟定了结构方案比较与选择的基本要求与准则,完成了结构设计与技术设计;结合运动仿真分析,确定了膝关节在主动屈曲时回转摆动缸的摆动范围,分析了下蹲过程中的机构力矩变化规律。设计与仿真的结果对于连骨式假肢膝关节设计、双足步行机器人开发有参考价值。

多蛋交接耐压壳仿生研究

以鹅蛋壳为生物原型,开展了多蛋交接耐压壳仿生设计及性能研究工作。首先,通过蛋壳生物学试验,建立了蛋形函数;其次,对深海多蛋交接耐压壳进行设计,建立了蛋壳个数分别为2、3、4、5、6的数值模型,研究其临界屈曲载荷、极限强度载荷和储备浮力特性;最后,通过正交试验设计,分析了多蛋交接耐压壳主要几何参数对其性能的影响规律。结果表明:Kitching蛋形函数与鹅蛋经线的吻合程度最高,其长轴与偏心距之比取45,蛋形系数取0.69;深海多蛋交接耐压壳的临界屈曲载荷远大于极限强度载荷,即极限强度载荷为结构设计的主要因素;蛋形壳个数对极限强度载荷和浮力系数影响很小;蛋形壳厚度对极限强度载荷和浮力系数影响较大;加强肋对浮力系数影响较小,而对极限强度载荷影响较大。

基于生物形态简化优化法的产品仿生设计研究

目的研究生物形态简化优化法在产品形态仿生设计中的应用,为产品仿生设计提供理论指导与更多思路。方法通过对设计案例与相关文献进行研究,在对形态仿生设计的类型和设计思维的梳理与总结基础上,构建了“从上至下”和“从下至上”这两种产品形态仿生设计的程序模型,并且将这两种程序模型进行了差异的对比,总结归纳出这两种程序模型的特征与适用情况。将产品形态仿生设计中的“简化优化法”分为“局部抽取法”和“整体抽取法”,重点分析了产品形态设计中的简化优化方法。结果通过莲蓬灯的仿生设计实践,运用简化优化法设计,强化了生物形态的典型特征,削弱了次要结构的形态特征,得到了形态特征鲜明的优化生物形态,以此验证了形态优化方法的可行性与有效性。结论将生物形态简化优化法应用于产品形态仿生设计中,可以为设计提供有效的理论指导,为设计师提供更多设计思路。

从审美体验看产品形态仿生设计

从审美体验与形态仿生、审美体验与产品形态、审美体验与产品形态仿生3个方面出发,对形态仿生设计在审美体验下产品形态设计的影响力进行了分析和探讨。

基于仿生学的刀具研究初探

提高刀具使用寿命一直是刀具设计制造追求的重要目标,本文在综述了国内外刀具自锐性研究成果的基础上,对生物仿生刀具的借鉴对象——河狸牙齿的生物学特性作了初步论述,提出"仿生刀具自锐性"的新概念,讨论了仿生切削刀具在刀具材料及磨损方面的主要研究内容。本文研究结果将对新型刀具材料及具有新型几何参数刀具的研制与开发起到指导作用。

下肢假肢机构的仿生构形设计与实验研究

下肢机构的仿生构形设计一直是拟人机器人与康复假肢研究的重要课题。通过测量、分析健康人体下肢结构构形与步态模式特征,利用相似性原理,对下肢假肢机构进行仿生设计,结合实际科研项目的样机实验分析。所设计的新型下肢机构在运动学和力学规划模式上逼近真实人体,能够实现拟人化的功能代偿,也可为机器人的拟人化设计提供设计参数和实验对比的依据。

机构层次上仿生型构形设计CAD系统的研究

论述了机械设计过程与生物发育过程、机械构形设计过程与生物胚胎发育过程之间的相似性 ,提出了借鉴生物胚胎发育的规律实现仿生型构形设计自动化的方法 ,并从功能面、零件和机构三个层次给予简要阐述。重点讨论了机构层次上的仿生型构形设计方法 ,分别是 :机构知识的表示方法 ;机构知识的文字驱动机制。机构层次上仿生型构形设计方法可实现装配结构的自顶向下设计 ,其实用性已得到验证。

带孔板仿生孔形状的强度设计

树木节疤的多年优化结构具有合理的机械强度.研究了仿树木节疤结构形状,设计了带孔板的孔形参数,并进行了Mises应力场分析.结果表明,在单向均布载荷作用下,椭圆参数大于2的椭圆孔的机械强度最优;在双向不同或相同应力水平的均布应力作用下,当双向应力比为0.5～2.0时,圆形孔板的机械强度最优.

意象关联产品形态仿生设计方法

以生物体侧面主特征线为研究对象,提出了建立基于用户意象的仿生设计基因库思想和方法流程,旨在提高设计师对仿生原型的获取。选取生物体侧面轮廓线作为研究对象,利用贝塞尔曲线将其量化描述;通过调研获得用户期望意象形容词,经过聚类分析得到关键意象词汇并将其量化表征,输入库中获取生物原型。以u-fi猫的设计验证了该方法的合理性和可行性。

植物非形态仿生在工业设计中的应用研究

确定植物非形态仿生的概念和范畴,从功能、结构、运动3个方面阐述工业设计中的植物非形态仿生,并探讨了其多重特点以及智能信息控制、高分子材料仿生等发展新亮点及其带给工业设计的启示,以期丰富工业设计的思路和方法,为工业设计的发展起到一定的推动作用。

基于“蝉蜕”语义的笔记本电脑仿生设计研究

以自然界中蝉蜕现象为启示,从功能性仿生、形态性仿生、视觉形态性仿生3个方面分析了蝉蜕的"结构"、"形态"、"颜色"等生物特征,论述了"蝉蜕"过程在笔记本电脑仿生设计中的设计语义。在此基础上,对笔记本电脑进行形态、颜色、结构、材料的创新设计,提出了从产品语义出发的仿生设计方法,以为产品仿生设计提供新的思想、原理、方法和途径。

仿生设计学在现代农业机械装备设计中的应用

从介绍仿生设计的概念入手,分析了我国农业机械装备设计的现状并提出了仿生设计运用于农业机械装备设计中的几点建设性的意见。

玉米收割机的改进设计研究

目的研究现有玉米收割机的功能、结构、形态和作业条件,对玉米收割机进行改进设计,提高其生产效率、作业适应性和审美性。方法对目前使用的背负式玉米收割机和自走式玉米收割机进行分析和研究。在功能和结构方面,把现有不同类型玉米收割机的功能进行整合重组;在形态方面,利用仿生设计和形体切割的方法进行整体的形态塑造。结果与背负式玉米收割机相比较,改进后的玉米收割机消除了安装拆卸的问题;与自走式玉米收割机相比较,改进后的玉米收割机不仅可以收获玉米,卸掉割台即可成为运输车辆,提高了利用率;设置了两组剥皮装置和升运器,提高了收割效率;摘穗板可以横向调节距离,以适应不同地域玉米种植行距不统一的现状;改进了秸秆处理方式,既可整齐划一的还田焚烧,又方便回收青贮;玉米收割机整体形体更加符合现代人的审美需求。结论通过功能整合、结构重组和形体的塑造,既可使玉米收割机实现功能的优化,提高生产、使用率和作业适应性,又符合现代人的审美需求。

基于仿生学的空间结构形体设计

结构的形态仿生主要从仿生学角度去研究结构的空间形体,形态万千的自然界蕴藏着无数优美的可供模仿的建筑造型,花卉、贝壳、晶体、蜘蛛网、细胞结构、山川、森林、地形的形态乃至纯数学方程式都是空间结构形体设计可以借鉴模仿的对象。本文讨论了应用数学与仿生学原理进行空间结构形体设计的方法,并介绍了利用CAD技术建构的几种形态的空间结构。

基于混合行为博弈的多目标仿生设计方法

将多个设计目标视为不同的博弈方,通过计算设计变量对目标函数的影响因子和模糊聚类,将设计变量集合分割为各博弈方拥有的策略空间.对蜥蜴种群的繁衍生存机理进行仿生,将3种蜥蜴的行为方式分别定义为利己主义、集体主义和投机主义,并赋予相应的博弈方,各博弈方根据所仿生蜥蜴的行为特点,建立自身博弈得益函数与目标函数之间的映射关系.各博弈方分别以自身博弈得益函数为目标,在各自的策略空间中进行单目标优化,获得本博弈方对其余博弈方的最佳对策,所有博弈方的最佳对策形成一轮博弈的策略组合,并根据收敛判别,通过多轮博弈,获得最终的博弈解.以白鹤滩拱坝体型的三目标优化设计为例,设计结果显示坝体体积方量减少了16.412万方,或2.38%;最大主拉应力降低了0.036MPa,或0.31%;整体应变能下降了0.167GJ,或4.47%,体现了基于混合行为博弈方式的多目标仿生设计方法的有效性.

大自然赋予的创造思维——仿生学在陶瓷产品设计中的运用

浅析了设计师从大自然的动植物等事物中获得启发,而以仿生的方式进行陶瓷产品设计,分别从形态仿生、功能仿生、结构仿生和材料仿生四个方面举例阐述了仿生设计的原理与方法,倡导设计师运用大自然给的条件创造出更多好的产品。

仿生家具的“形缘”造型与设计之美

大自然是人类造物模仿的参照与尺度。在家具设计中,具象模仿和抽象提炼是仿生设计的主要手法。仿生家具的形缘之美离不开材质、结构与工艺的科学选用与精心设计。从形缘角度探讨了仿生设计的造型与美学规律,对未来家具仿生设计创新提供相关参考。

形态模拟在儿童居室设计中的应用研究

儿童的审美情趣是活泼的,利用形态模拟的设计方法增强儿童居室空间的趣味性,包括室内界面和家具设计,通过借用自然界或人造物的典型特征,创造有想象力的空间,是创造性思维方法中最常用的设计方法,在对生理心理具体分析的基础上,儿童家庭居室设计又有其特殊性,其意义表现在激发设计灵感,有效提高设计效率,把自然生态带入到室内空间等,形态模拟在室内设计中的应用有具体的造型方法,包括具象模拟法和抽象模拟法,这种造型方法必须遵循形式美法则,设计可以根据不同需求从形态、色彩、肌理与纹路、声音模拟四个方面为入手点。

产品造型的仿生设计研究

通过造型仿生研究,探寻提高产品造型艺术品质的有效途径,为产品造型设计提供参考与借鉴。在总结产品仿生中情感化设计和绿色设计等理念的基础上,分析仿生对象自然形态的属性及其应用特点,并阐明以抽象和简化为核心的仿生设计的基本方法,最后以长鼻子喷壶U-CAN为例,从形态、使用方式和情感等角度解析产品造型仿生设计的内涵。因此,造型仿生不仅仅是单纯的形态仿生,而需应用一系列设计理论,从行为、情感和文化等视角综合研究,以体现设计价值。