随着仿生学技术的不断发展,越来越多的工程领域开始利用仿生学的思想与技术解决在工程实际中遇到的问题。目前在农业机械领域,随着农业机械化的推进,大量的农业生产工作被机械设备取代,但用于生产工作的机械触土部件阻力大、能耗多等问题还未能得到有效的解决。科莫多巨蜥作为体型最庞大的蜥蜴,具有大多数爬行动物都具备的本能的掘洞能力,其庞大的体型使得它对于洞穴的体积具有更高的要求,且其挖掘行为更接近农业挖掘部件的运动。本文利用仿生学的理论与技术改善现有的挖掘收获装置,以实现现代农业减阻降能的目标。本文的主要研究内容以及结论如下:选用大型洞穴生物科莫多巨蜥的爪趾作为仿生研究对象,采用逆向工程思想,对巨蜥爪趾模型进行三维重构。在MATLAB软件中对获取到的轮廓点云数据进行曲线拟合。再利用仿生曲线函数,针对不同两种铲尖设计了四个型号的仿生挖掘铲并建立了三维模型。通过对土壤与挖掘铲模型进行力学特性分析,计算出其所受牵引阻力为107.25N。使用ANSYS workbench软件对仿生挖掘铲进行静力学分析,得出其最大应力值为101.36MPa,位于起固定作用螺栓孔周围,最大形变量在铲尖位置,形变值为0.06mm,该结果符合结构设计强度要求。为横向对比各仿生挖掘铲的减阻效果,首先利用LS-DYNA软件建立了铲片在土壤中做切削运动的有限元分析模型并对其进行显示动力学仿真计算。然后对比分析各类型挖掘铲在进行土壤切削运动过程中的阻力曲线,结果表明:仿生挖掘铲的挖掘性能较普通挖掘铲确有提升,但由于在分析过程中,铲片的运动轨迹不符合工程实际的运动情况,其结果仅能评价铲片自身的受力特性,因此不在工程上具有准确的评价意义。应用EDEM离散元软件建立挖掘铲-土壤模型以对比显示动力学的仿真结果。首先进行模型参数的选取以及接触力学模型的设置,以完成五种挖掘铲进行土壤切削运动的仿真分析。结果发现,挖掘铲在挖掘阻力的结果中与显示动力学分析得出的结论稍有不同,并分析了离散元分析与有限元显示动力学分析在结果上存在差异的原因;仿生挖掘铲的减阻率为91.3%,其土壤破碎率较普通挖掘铲提高了7.5%;土壤动能的分析也进一步证明了仿生挖掘铲在性能提升上的可靠性。为仿真中表现性能最好的仿生挖掘铲绘制结构设计尺寸图并制作了3D打印模型。为后续进行挖掘铲的随机疲劳寿命分析,先对挖掘铲进行了模态分析以及随机振动分析,为后续研究提供数据支撑。从巨蜥头部的形状及运动特征中获取灵感,设计了一种仿生棉花采摘装置与一种仿生夹持装置,为机械自动化装置设计提供了新的灵感。本研究为新型仿生挖掘铲的研制提供了理论依据,也为提高农业机械触土部件的减阻与破土性能提供了新的解决思路。