風(fēng)力仿生獸
關(guān)注創(chuàng)建者：大龍貓?? 創(chuàng)建時(shí)間：2019-12-13
風(fēng)力仿生獸的實(shí)例教程
本文就來(lái)向大家展示如何用Amesim仿真一只行走的風(fēng)力仿生獸，最終動(dòng)畫(huà)效果如下。
二、風(fēng)力仿生獸的Amesim仿真方法
本文的仿真是基于下圖所示的三維模型（文末提供了三維模型下載鏈接，供大家參考）。
風(fēng)力仿生獸三維模型
按照結(jié)構(gòu)和功能，該模型可分解為以下部分：
支架：即風(fēng)力仿生獸的“身體”，其他結(jié)構(gòu)都通過(guò)支架安裝并連結(jié)在一起；
風(fēng)車(chē)：用于“食用”自然風(fēng)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為行走所需的能量；
齒輪：將風(fēng)車(chē)的能量和運(yùn)動(dòng)傳遞至曲軸；
曲軸：共有兩根，每根曲軸相當(dāng)于三個(gè)相位相差60度的曲柄，曲柄可以帶動(dòng)腿行走；
腿：每條腿由四根桿和兩個(gè)三角架組成，是整個(gè)仿生獸最核心、最精巧的部分；腿共有12條，兩兩一組（即前腿和后腿）安裝在支架和六個(gè)曲柄上。
通過(guò)分析不難發(fā)現(xiàn)，風(fēng)力仿生獸本質(zhì)上是一個(gè)設(shè)計(jì)巧妙的
多連桿機(jī)構(gòu)，它行走時(shí)的運(yùn)動(dòng)也是維持在一個(gè)
2D平面內(nèi)，因此我們可以用Amesim的
2D機(jī)械庫(kù)實(shí)現(xiàn)其建模和運(yùn)動(dòng)仿真。
下面進(jìn)入正題，向大家展示風(fēng)力仿生獸的建模仿真過(guò)程。額，有點(diǎn)麻煩。不過(guò)不要緊，我們由簡(jiǎn)到繁，一步一步來(lái)！
展開(kāi) 風(fēng)力機(jī)器人。風(fēng)力推動(dòng)機(jī)器人”就是“風(fēng)力仿生獸”仿生獸（英語(yǔ)：Strandbeest）是由荷蘭藝術(shù)家泰奧楊森（荷蘭語(yǔ)：Theo Jansen）利用塑膠、木頭等常見(jiàn)的無(wú)生物物體所創(chuàng)造，借由力學(xué)的原理和風(fēng)力的推動(dòng)，可以做出一些仿生物的動(dòng)作，甚至可以自行躲避障礙物。
在2015年，一位荷蘭藝術(shù)家，他為我們帶來(lái)了風(fēng)力自動(dòng)機(jī)器人，這是一個(gè)風(fēng)力自動(dòng)機(jī)器人，他們是想要通過(guò)在這種海灘上面減少污染，他們沒(méi)有任何的發(fā)動(dòng)機(jī)，完全是使用一些廢料，每個(gè)家庭都會(huì)產(chǎn)生的垃圾去創(chuàng)造的，這個(gè)動(dòng)物是模糊了藝術(shù)和科學(xué)的邊界，他把他自己工程的背景放入其中，僅僅使用風(fēng)力去驅(qū)動(dòng)這些機(jī)器人，他們?cè)诤商m的海邊把這些風(fēng)力機(jī)器人放到里面，去思考人和環(huán)境的關(guān)系，他把這種風(fēng)力機(jī)器人叫做DNA，叫做基因，那么他的作品也在不斷地為其他人復(fù)制，但是他完全沒(méi)有任何保護(hù)自己版權(quán)的意識(shí)，他希望更多的人去分享他的創(chuàng)造，所以他從來(lái)沒(méi)有像其他藝術(shù)家那樣，就自己的版權(quán)去起訴別人或者是怎么樣，他歡迎所有人去復(fù)制。
ANSYS可以搞瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)，搞明白剛性體的運(yùn)動(dòng)也可以搞定柔性體的運(yùn)動(dòng)。之前USim使用abaqus搞定了一只漫步沙灘的“噬風(fēng)獸。https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1189510
既然ANSYS也可以模擬運(yùn)動(dòng)。那我們也適應(yīng)ansys的剛體動(dòng)力學(xué)模塊來(lái)模擬一遍。
至于其基本原理不做過(guò)多的描述，主要是四連桿的聯(lián)動(dòng)使用，其原理在usim的文章中有詳細(xì)描述。本次主要是強(qiáng)調(diào)ANSYS的動(dòng)力學(xué)分析。
使用ansys的好處就是在在于其裝配體中能夠生成接觸關(guān)系。本次分析的風(fēng)力機(jī)器人，其零件多，如果人工設(shè)置一個(gè)個(gè)約束是很繁瑣的，使用ANSYS自動(dòng)創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)副功能，可以大大節(jié)省其重復(fù)勞動(dòng)力。
展開(kāi) 老爺子要發(fā)明一個(gè)靠風(fēng)力驅(qū)動(dòng)的沙灘怪獸，讓人們重視荷蘭海平面的問(wèn)題。
原本計(jì)劃在秋雨季來(lái)臨之前完成神獸，結(jié)果整整延遲26年，老爺子完全沉浸在發(fā)明中！
制造這些神獸也沒(méi)那么容易。老爺子遇到很多問(wèn)題，腿要怎么設(shè)計(jì)，用啥材料，動(dòng)力怎么解決。別著急，看看老爺子聰明設(shè)計(jì)。
大腿怎么設(shè)計(jì)
大腿要怎么造？老爺子觀察動(dòng)物行走姿態(tài)無(wú)數(shù)次，用電腦測(cè)算了上萬(wàn)次，終于決定了一個(gè)腿部結(jié)構(gòu)方案。
“仿生腿”模擬動(dòng)物行走
運(yùn)用了三角結(jié)構(gòu)和黃金比例幾何學(xué)，讓仿生獸有勻速穩(wěn)固的直線軌跡
這個(gè)從小喜歡科學(xué)的老爺子，把科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)精神運(yùn)用十分到位。
在設(shè)計(jì)的每一步把控嚴(yán)謹(jǐn)，例如這“13個(gè)神圣數(shù)字”，動(dòng)物的每條線的長(zhǎng)度都是固定的，13條線對(duì)應(yīng)13個(gè)數(shù)字。
為了讓怪獸能在沙灘上行動(dòng)自如，老爺子花了不少心思，腿部的動(dòng)力是靠一個(gè)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)腿部行走，而且接觸沙地的面積也很小，阻力也相應(yīng)小了。
單腿還是不能穩(wěn)固的走動(dòng)，于是，組合了六條仿生腿。
個(gè)曲軸帶動(dòng)至少6個(gè)仿生腿順序組合，有效行走。
用啥材料？
有了這樣聰明的設(shè)計(jì)，老爺子的怪獸算是靠譜了。那么要用什么材質(zhì)呢？當(dāng)然是輕便的材料好啦~
老爺子最終采用了常見(jiàn)的PVC細(xì)管、木頭、膠條、塑料薄膜等輕便的材料組合到一起。容易找，成本低。
動(dòng)力是什么？
大腿設(shè)計(jì)完美了，怎么讓這個(gè)神獸動(dòng)起來(lái)？荷蘭最不缺的就是風(fēng)了，于是在怪 獸身上裝上風(fēng)帆，靠著風(fēng)力仿生獸們就可以勻速走動(dòng)了
這片沙灘由我守護(hù)！
把這些組合起來(lái)，我們就看到這有趣的畫(huà)面：一只吃海風(fēng)的怪獸踩著優(yōu)雅碎步巡視沙灘。
展開(kāi) 
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風(fēng)力仿生獸的最新內(nèi)容
下圖所示為結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的一種風(fēng)力仿生獸。
風(fēng)力推動(dòng)機(jī)器人”就是“風(fēng)力仿生獸”仿生獸（英語(yǔ)：Strandbeest）是由荷蘭藝術(shù)家泰奧楊森（荷蘭語(yǔ)：Theo Jansen）利用塑膠、木頭等常見(jiàn)的無(wú)生物物體所創(chuàng)造，借由力學(xué)的原理和風(fēng)力的推動(dòng)，可以做出一些仿生物的動(dòng)作，甚至可以自行躲避障礙物。
荷蘭最不缺的就是風(fēng)了，于是在怪 獸身上裝上風(fēng)帆，靠著風(fēng)力仿生獸們就可以勻速走動(dòng)了
這片沙灘由我守護(hù)！
把這些組合起來(lái)，我們就看到這有趣的畫(huà)面：一只吃海風(fēng)的怪獸踩著優(yōu)雅碎步巡視沙灘。
Jansen在巨獸基礎(chǔ)上不斷優(yōu)化，用塑料瓶設(shè)計(jì)一套風(fēng)力儲(chǔ)能系統(tǒng)，即使在風(fēng)力弱的情況下，通過(guò)釋放塑料水瓶中的壓縮空氣，轉(zhuǎn)化為動(dòng)力后。
