本书分为三篇。第一篇为仿生学综述，介绍了生物的分类与进化、植物及其运动特性、动物及其运动特性，并在此基础上介绍了仿生学的主要研究内容，如模仿动物运动特性的机械仿生，模仿生物感官与信息传递特性的信息与控制仿生，模仿生物特殊功能的化学仿生、电子仿生，模仿生物特殊结构的建筑仿生以及模仿人体器官的医学仿生等。第二篇为机械学基础，介绍了动物肢体结构的机械运动简图表示方法以及自由度计算，仿生机构的运动与动力分析等。第三篇为仿生机械设计与分析，介绍了动物在陆地步行、跳跃与爬行，空中飞行与水中游动的运动机理以及仿生设计理论与方法，还介绍了人体肢体运动的仿生及义肢，以及仿生机器人的感知系统，形成了从仿生学基础、机械学基础到仿生机械设计与分析的完整仿生机械学体系。
本书具有系统性、知识性、科普性、趣味性、启发性和应用性的特点，可供高等学校研究生和本科生使用，也可作为相关专业工程技术人员的参考用书。
前言
创新是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力。一个国家的创新能力决定了它在国际竞争和世界总格局中的地位。目前，我国正在为创建一个国家创新体系而努力。国家创新体系包括知识创新系统、技术创新系统、知识传播系统和知识应用系统。其中，知识创新系统的核心部分是国家科学研究机构和研究型的大学；技术创新系统的核心部分是企业；知识传播系统的核心部分是高等教育系统以及职业培训系统；知识应用系统的主体则是企业和社会，主要是知识和技术的应用。
仿生学是通往创新的重要途径，它可以为人类的创新活动提供创新思维的灵感和方法，长久以来已经为科学技术和人类社会的发展做出了重大贡献。
在全人类的文明史中，我国是最早涉及仿生学应用的。我们的汉字就是典型的仿生结果。汉字是象形文字，其实就是模仿事物各种形状的文字，经过多年的演化，形成了现在的汉字。因此，我们很早就留下了模仿自然界植物与动物特征的痕迹。我们的祖先有巢氏模仿鸟类在树上筑巢，以躲避凶猛动物的攻击；相传春秋战国时期的鲁班借鉴草叶的齿形边缘，制造出木锯，推动了木材加工及木质建筑的发展；据《墨子》记载，鲁班曾用竹木做鸟，成而飞之，三日不下。古人通过对水中鱼类的观察与模仿，伐木凿船，做成鱼形的船体，仿照鱼的胸鳍和尾鳍制成双桨和单橹，由此实现了水上自由航行，促进了水上交通的发展；我国河北省的赵州桥和西北地区的窑洞，采用了承受外力很强的拱形设计，这些都是典型的仿生学的具体应用。但人类早期的仿生研究是在长期生产实践活动中进行的，没有形成仿生学的基本理论与方法。
仿生学正式诞生是在1960年9月，在美国俄亥俄州的戴顿召开的第一次世界仿生学会议中，美国生物学家JE斯梯尔把仿生学定义为模仿生物原理来建造技术系统，或者使人造技术系统具有或类似于生物特征的科学，并将这一新兴的科学命名为Bionics。1963年，我国学者将Bionics译为仿生学。通过研究生物体的结构、功能和性能机理，并将这些机理移植于工程技术之中，发明性能更加优越的仪器、装置或机器，设计新产品，是仿生学研究的主要目的。
随着生物科学技术的飞速发展，各领域的科技人员逐渐发现模仿自然界的生物可以提供许多更好的设计思想并能解决许多技术问题，因此在仿生学的基础上，分别在机械工程领域、建筑工程领域、医学领域、化学工程领域、电子工程领域、材料工程领域、信息工程领域、控制领域等许多学科开展了仿生的研究，促进了仿生学的迅速发展和与其他学科的交叉、渗透与融合，并形成了许多分支，仿生学已经成为推动科学技术发展的强大动力和连接生物科学与技术科学之间的桥梁。
作为一门独立的学科，仿生学就是模仿生物的科学。从生物学的角度来说，仿生学属于应用生物学的一个分支；从工程技术方面来看，仿生学根据对生物系统的研究，为设计和建造新的技术设备提供了新原理、新方法和新途径。进入21世纪后，仿生学获得了快速发展，并形成了许多分支，如仿生化学、仿生电子学、仿生机械学、仿生建筑学、仿生信息学、仿生材料学、仿生医学等。其中，发展最迅速、影响力最大、应用最广泛的是仿生机械学，如仿生机器人已经成为世人皆知的智能化仿生机械。
为使科学技术的发展与时俱进，很多高等工科学校都为本科生或研究生开设了仿生机械学的课程，有些大学还将仿生机械学列入学科研究方向，还有的学校将仿生学列为新专业，各种仿生机器人的研究论文涉及面非常广泛，研究仿生学的学校和教师也非常多。但是，反映仿生机械学内容的相关书籍却很少，更缺少相应的教科书。主要原因是仿生机械学是21世纪新兴的学科，对该学科还没有形成广泛的共识。另外，仿生机械学涉及生物学、植物学、动物学、力学、化学、物理学、医学、机械学、材料学、计算机科学、传感器技术、电子技术、信息与控制学等多学科的知识，编写覆盖这样庞大知识体系的教材难度很大，且编写体系与内容的选择也是一个巨大的挑战，存在很大的难度。
考虑到社会的需求以及我们在从事仿生学、生物力学和机械学领域中的科研与教学经历，我们决定尝试编写仿生机械学。
1编写指导思想
系统性、知识性、趣味性、新颖性、科普性和应用性相结合是编写本书的指导思想，在形式上力求图文并茂。
（1）系统性本书力求从生物学基础知识、仿生学基础知识、机械学基础知识到各种仿生机械的设计与分析，形成一个完整的仿生机械学的新体系。
（2）知识性本书从生物进化、植物分类及其运动特性、动物分类及其运动特性开始，阐述人类模仿动、植物的这些特性对社会发展做出的贡献，进而论述仿生学的诞生及其分类，使读者获得一个完整的仿生学及仿生机械学的概念，最后讲述陆地上跑的、天上飞的、水中游的各类动物的运动机理以及仿生设计方法，具有系统、完整的知识结构。
（3）趣味性本书在知识性的基础上，加强了具有科普性的趣味内容。比如，步行动物分为爬行动物和走行动物，它们之间的异同点在哪里？如何区别它们的运动差别呢？本书不仅给予了详细说明，还对它们的运动机理进行了分析，具有知识性和趣味性。又
目录
前言
绪论1
第一节仿生学概述1
第二节仿生机械学的研究内容、目的与
意义4
第三节仿生遐想10第一篇仿生学综述
第一章生物学基础14
第一节生物及其分类14
第二节生物的多样性16
第三节生物的进化18
第四节植物及其运动特性21
第五节动物及其运动特性29
第二章仿生学简介42
第一节仿生学的内容与研究方法42
第二节电子仿生47
第三节信息与控制仿生50
第四节机械仿生52
第五节化学仿生60
第六节建筑仿生61
第七节医学仿生64
第八节动物界的奇特现象与仿生68第二篇机械学基础
第三章机械结构学基础73
第一节机械的基本概念及组成73
第二节运动链与机构75
第三节机构运动简图83
第四节机构自由度的计算86
第五节机构的结构分析95
第四章机械运动学基础102
第一节机械运动学概述102
第二节平面连杆机构的基本类型及
演化104
第三节平面连杆机构的基本特性108
第四节平面连杆机构的设计111
第五节平面连杆机构的运动分析118
第六节平面开链机构的设计与分析130
第五章机械力学基础134
第一节力分析概述134
第二节平面闭链机构的力分析135
第三节平面开链机构的力分析140
第三篇仿生机械设计与分析
第六章仿动物步行的机械及其设计144
第一节步行机械概述144
第二节步行机械的腿及其设计145
第三节步行机械的步态分析152
第四节仿生步行机械系统的运动方程158
第五节仿生跳跃机械的设计与分析163
第六节步行机器人的仿生设计示例166
第七章仿动物爬行的机械及其设计170
第一节爬行动物概述170
第二节仿生机械尺蠖及其设计173
第三节仿生机械蚯蚓及其设计175
第四节仿生机械蛇及其设计177
第五节爬行机器人的仿生设计示例185
第八章仿动物飞行的机械及其设计188
第一节飞行动物概述188
第二节飞行机理简介195
第三节昆虫的飞行与仿生设计197
第四节鸟类的飞行与仿生设计200
第五节飞行机器人的仿生设计示例206
第九章仿动物水中游动的机械及其
设计211
第一节水中游动的动物概述211
第二节游动机理分析214
第三节仿生机械鱼的设计与分析217
第四节仿生机械水母的设计与分析223
第五节仿生机械墨鱼的设计与分析227
第六节水中游动机器人的仿生设计
示例231
第十章仿人体组织结构的机械及其
设计234
第一节概述234
第二节仿生关节的设计与分析239
第三节仿生人体上肢的设计与分析244
第四节仿生人体下肢的设计与分析250
第五节仿生人体器官的设计254
第十一章仿生机器人的感知系统258
第一节仿生机器人发展概述258
第二节仿生智能机器人感知系统概述262
第三节传感器概述266
第四节仿生智能机器人的内部传感器268
第五节仿生智能机器人的外部传感器278
参考文献294
书单推荐
