一种仿生减阻火星车轮的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种仿生减阻火星车轮包括基体，其特征在于：所述基体表面上具有规则排列的数个凹坑；数个凹坑的几何投影面积之和与车轮基体表面积之比的范围在30％?50％之间，凹坑的形状为：(x，y)∈D，其中D＝{(x，y)|(x-x0)2+(y-y0)2≤r2}，本发明通过仿土壤动物体表的防粘脱土功能和体表性质，并应用到探测车车轮上，使探测车车轮具有防粘脱土功能。本发明结构简单，减少车轮阻力，防粘脱土的功能强，行走时能量消耗小，提高整个火星探测车的能量实际，延长时间工作，减少科研成本，增加火星探测车的行驶通过性。
【专利说明】
-种仿生减阻火星车轮
技术领域
[0001] 本发明设及一种探测车车轮，特别设及一种仿生减阻火星车轮。
【背景技术】
[0002] 目前，我国对于火星的探索还处在初级阶段，而由于火星表面特殊的形貌特征(表 面覆盖一层风化层，且有大量岩石存在），而在其表面执行探测任务的探测车需要保证有良 好的平顺性和稳定性，随着我国对火星探测的不断推进，一款能很好适应火星表面，并能顺 利完成探测任务的探测车车轮对于火星探测来说，是很有必要的，受发射质量和尺寸的限 审IJ，且太阳能电池板容易被火星尘±覆盖，因此火星探测车太阳能电池板能量吸收效率很 低，行走时能量消耗很大，故能量是否充足是制约火星探测车能否正常工作的重要原因，现 有登陆火星的探测车车轮，大多为刚性轮或半刚性轮，结构复杂，防粘脱±的功能差，行走 时能量消耗很大，影响整个火星探测车的能量使用，不能长时间工作，增加科研成本；
[0003] ±壤动物(如蜡卿)的非光滑体表与粘性±壤经常直接接触，但生物却能活动自如 而自身不粘±;为适应生存环境，±壤动物经过长期的进化，其体表具备很强的防粘脱±的 功能;对大量±壤动物的研究表明，±壤动物的防粘脱±功能主要取决于它们的体表性质， 包括体表的几何形态、体表物质构成、体表的电学性质、体表柔性与体表液等等;其中，体表 的几何非光滑形态是其具有减粘脱附能力的十分重要的原因之一;其特点是:一定几何形 状的结构单元(凹坑)随机地或按一定规律地分布于体表某些部位，表现出明显的几何非光 滑特性;不同±壤动物体表结构单元形状大致可分为鱗片形、凸包形、凹坑形、波纹形、刚毛 形W及前面两种或多种形状结合的混合形;不同±壤动物体表几何结构单元（凹坑）的形态 和尺寸不相同或某一几何特征指标的分布规律各有不同；大致有均匀分布、规律分布、随机 分布和分形分布等；同一±壤动物体表各部位呈现的几何非光滑形态各异，运与±壤动物 对环境适应的生物进化过程、特别是不同部位的触±方式有关。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是要解决上述现有登陆火星的探测车车轮，大多为刚性轮或半刚性 轮，结构复杂，防粘脱±的功能差，行走时能量消耗很大，影响整个火星探测车的能量使用， 不能长时间工作，增加科研成本等问题，而提供一种仿生减阻火星车轮。
[0005] -种仿生减阻火星车轮包括基体，其特征在于:所述基体表面上具有规则排列的 数个凹坑；
[0006] 数个凹坑的几何投影面积之和与车轮基体表面积之比的范围在30%-50%之间， 凹坑的形状为：
[0007]
[000引其中D= {(x，y) I (x-xo)2+(}f-yo)2《;r2}式中：r-凹坑半径，h-凹坑深度，x-凹坑 任一点横坐标，y-凹坑任一点纵坐标，z-凹坑任一点竖坐标，xo-凹坑中屯、横坐标，yo-凹 坑中屯、纵坐标；
[0009] 根据凹坑深度与凹坑半径的关系得出数学关系(R-h)2+r2 = R2,求出所需球冠半径
[0010]
[0011 ]其中R为所需球冠的半径，r为凹坑半径，h为凹坑深度；
[0012] 凹坑半径r与凹坑个数化的关系可由下式：
[0013] N 神 r2 = Si，
[0014] 其中r为凹坑半径，Nt为凹坑总个数，Si为凹坑在轮面上的投影面积；
[0015] 所述非轴向相邻两个凹坑的中屯、夹角α为18%
[0016] 所述凹坑的深度hi为3mm，半径R1为44.2mm，轴向相邻凹坑中屯、与车轮中屯、夹角β 为18.62°，靠近基体边缘凹坑中屯、与基体边缘的夹角丫为9.94° ;
[0017] 所述基体最大外圆半径R2为142mm，最大内圆半径R3为137mm，基体厚度为5mm;
[0018] 所述基体外轮廓所需所需圆的半径R4为752mm，内轮廓所需圆的半径R5为747mm;
[0019] 所述基体为鼓形，材质为侣基碳化娃。
[0020] 本发明的工作原理和过程：
[0021] 本发明通过仿±壤动物体表的防粘脱±功能和体表性质，仿真出±壤动物体表凹 坑(几何结构单元)的形态和尺寸相应的几何特征指标，将运一特征指标应用到探测车车轮 上，使探测车车轮具有防粘脱±功能；
[0022] 将位于同一轴线方向的个凹坑称为一组，任意相邻的两组凹坑呈交错分布，运种 交错排布方式能增加凹坑单元与轮壤的轴向接触范围，也能够间接增大任意相邻两组凹坑 之间任意两个凹坑单元的的周向距离，避免凹坑分布过于集中造成的车轮刚度下降，从而 提高车轮的刚度。
[0023] 本发明的有益效果：
[0024] 本发明结构简单，安全可靠，减少车轮阻力，防粘脱±的功能强，行走时能量消耗 小，提高整个火星探测车的能量实际，延长时间工作，减少科研成本，增加火星探测车的行 驶通过性。
【附图说明】
[0025] 图1是本发明的凹坑模型示意图。
[0026] 图2是本发明凹坑半径、凹坑深度与所需球冠半径的关系图。
[0027] 图3是本发明的主视图。
[002引图4是本发明的左视图。
[0029] 图5是本发明A-A的剖视图。
[0030] 图6是本发明B-B的剖视图。
[0031 ]图7是本发明的立体示意图。
【具体实施方式】
[0032]请参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示，一种仿生减阻火星车轮包括基体1， 其特征在于:所述基体1表面上具有规则排列的数个凹坑2;
[0033] 数个凹坑2的几何投影面积之和与车轮基体表面积之比的范围在30%-50%之间， 凹坑2的形状为：
[0034]
[0035] 其中D= {(x，y) I (x-x〇)2+(}f-y〇)2《;r2}式中：r-凹坑半径，h-凹坑深度，x-凹坑 任一点横坐标，y-凹坑任一点纵坐标，Z-凹坑任一点竖坐标，X0-凹坑中屯、横坐标，yo-凹 坑中屯、纵坐标；
[0036] 根据凹坑深度与凹坑半径的关系得出数学关系(R-h)2+r2 = R2，
[0037] 求出所需球冠半径
[00；3 引
[0039] 其中R为所需球冠的半径，r为凹坑半径，h为凹坑深度；
[0040] 凹坑半径r与凹坑个数Nt的关系可由下式：
[0041 ] N 神 r2 = Si，
[0042] 其中r为凹坑半径，Nt为凹坑总个数，Si为凹坑在轮面上的投影面积；
[0043] 所述非轴向相邻两个凹坑2的中屯、夹角α为18%
[0044] 所述凹坑2的深度hi为3mm，半径R1为44.2mm，轴向相邻凹坑中屯、与车轮中屯、夹角β 为18.62°，靠近基体边缘凹坑中屯、与基体边缘的夹角丫为9.94° ;
[0045] 所述基体1最大外圆半径R2为142mm，最大内圆半径R3为137mm，基体1厚度为5mm;
[0046] 所述基体1外轮廓所需所需圆的半径R4为752mm，内轮廓所需圆的半径R5为747mm;
[0047] 所述基体1为鼓形，材质为侣基碳化娃。
[004引本发明的工作原理和过程：
[0049] 请参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示，本发明通过仿±壤动物体表的防粘 脱±功能和体表性质，仿真出±壤动物体表凹坑2(几何结构单元）的形态和尺寸相应的几 何特征指标，将运一特征指标应用到探测车车轮上，使探测车车轮具有防粘脱±功能；
[0050] 将位于同一轴线方向的3个凹坑2称为一组，任意相邻的两组凹坑2呈交错分布，运 种交错排布方式能增加凹坑2单元与轮壤的轴向接触范围，也能够间接增大任意相邻两组 凹坑2之间任意两个凹坑2单元的的周向距离，避免凹坑2分布过于集中造成的车轮刚度下 降，从而提高车轮的刚度。
【主权项】
1. 一种仿生减阻火星车轮包括基体（1)，其特征在于:所述基体（1)表面上具有规则排 列的数个凹坑(2); 数个凹坑(2)的几何投影面积之和与车轮基体表面积之比的范围在30%-50%之间，凹 坑(2)的形状为：其中D= {(x，y) I (x-x〇)2+(}f-y〇)2《;r2}式中：r-凹坑半径，h-凹坑深度，x-凹坑任一 点横坐标，y-凹坑任一点纵坐标，Z-凹坑任一点竖坐标，X0-凹坑中屯、横坐标，yo-凹坑中 屯、纵坐标； 根据凹坑深度与凹坑半径的关系得出数学关系(R-h)2+r2 = R2， 求出所需球冠半径其中R为所需球冠的半径，r为凹坑半径，h为凹坑深度； 凹坑半径r与凹坑个数Nt的关系可由下式： Nt3ir^ = Si, 其中r为凹坑半径，Nt为凹坑总个数，Si为凹坑在轮面上的投影面积； 所述非轴向相邻两个凹坑(2)的中屯、夹角α为18% 所述凹坑(2)的深度hi为3mm，半径R1为44.2mm，轴向相邻凹坑中屯、与车轮中屯、夹角β为 18.62°，靠近基体边缘凹坑中屯、与基体边缘的夹角丫为9.94°。2. 根据要求1所述的一种仿生减阻火星车轮，其特征在于:所述基体（1)最大外圆半径 R2为142mm，最大内圆半径R3为137mm，基体(1)厚度为5mm。3. 根据要求1所述的一种仿生减阻火星车轮，其特征在于:所述的基体（1)外轮廓所需 所需圆的半径R4为752mm，内轮廓所需圆的R5半径为747mm。4. 根据要求1所述的一种仿生减阻火星车轮，其特征在于:所述基体（1)为鼓形，材质为 侣基碳化娃。
【文档编号】B60B19/00GK105966170SQ201610496531
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月29日
【发明人】邹猛, 闫云鹏, 袁宝峰, 陈百超, 林云成, 周涛, 李建桥
【申请人】吉林大学