6 现代机器人学 承力结构。 如果将胫骨截面与工字形梁这一理想抗弯截面进行比较,由 图(1-5)可以看到:在承受绕y-y轴的弯矩时,骨截面就像工字 梁截面那样,其大部分材料远离中性轴。如果再考虑到骨还将承 受绕x-x轴的弯矩和绕纵轴的扭矩,应该说骨截面的形状更理 想些。 (b) 图1-S胫骨横截面与工字形梁横截面的比较 (a)胫骨的横截面及其弯曲应力分布(b)胫骨的等效抗弯折算横截面; c)工字形梁的横截面 骨的外形也表明它具有合理的承力结构。图1-6给出了工 程承力结构和骨结构的受力情况比较,可以看出在尺骨受载荷P 作用时,其各个面上的弯矩数值均很小。从内部组织结构也可以 看到骨具有合理的承力结构。由x射线可观察到骨中密度分布 规律,由试片实验可知骨中强度分布规律。这两种分布具有一定 的相关性。这种相关性是由于骨中的磷酸盐既有较大的密度又有 较高的强度所引起的。但令人惊奇的是,从骨骼综合受力情况的 分析来看,凡是骨骼中应力大的区域,也正好配上了它强度高的区 域。图1-6给出了人下肢骨的传力路线。如与图1-4比较可以 看到,骨小梁的排列方向和骨的传力方向很接近。为什么外形上 很不规则,内部材料分布又很不均匀的骨结构却是一个理想的等 强度最优结构?为什么骨能以较大密度和较高强度的材料配置在 高应力区?目前被公认的能解释这种现象的理论是骨的功能适应 性理论