一种仿生减阻火星车轮的制作方法
【专利摘要】本实用新型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}，本实用新型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。本实用新型结构简单，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】
一种仿生减阻火星车轮
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种探测车车轮，特别涉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 制，且太阳能电池板容易被火星尘土覆盖，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，防粘脱土的功能差，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] 土壤动物(如蜣螂）的非光滑体表与粘性土壤经常直接接触，但生物却能活动自如 而自身不粘土;为适应生存环境，土壤动物经过长期的进化，其体表具备很强的防粘脱土的 功能;对大量土壤动物的研究表明，土壤动物的防粘脱土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;不同土壤动物体表结构单元形状大致可分为鳞片形、凸包形、凹坑形、波纹形、刚毛 形以及前面两种或多种形状结合的混合形;不同土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；同一土壤动物体表各部位呈现的几何非光滑形态各异，这与土壤动物 对环境适应的生物进化过程、特别是不同部位的触土方式有关。
【发明内容】
[0004] 本实用新型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，防粘脱土的功能差，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]
其 中D= {(x，y) I (x-x〇)2+(y-y〇)2彡r2}式中：r一凹坑半径，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-凹坑中心横坐标，yo-凹坑中心纵坐 标；
[0008] 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
[0009]
[0010] 其中R为所需球冠的半径，r为凹坑半径，h为凹坑深度；
[0011] 凹坑半径r与凹坑个数Nt的关系可由下式：
[0012] Nt3ir2 = Si,
[0013]其中r为凹坑半径，Nt为凹坑总个数，&为凹坑在轮面上的投影面积；
[0014]所述非轴向相邻两个凹坑的中心夹角a为18° ;
[0015] 所述凹坑的深度hi为3mm，半径R1为44.2mm，轴向相邻凹坑中心与车轮中心夹角0 为18.62°，靠近基体边缘凹坑中心与基体边缘的夹角y为9.94° ;
[0016] 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;
[0017]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; [0018]所述基体为鼓形，材质为铝基碳化硅。
[0019]本实用新型的工作原理和过程：
[0020] 本实用新型通过仿土壤动物体表的防粘脱土功能和体表性质，仿真出土壤动物体 表凹坑(几何结构单元)的形态和尺寸相应的几何特征指标，将这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土功能；
[0021] 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，这种 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。
[0022]本实用新型的有益效果：
[0023] 本实用新型结构简单，安全可靠，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。
【附图说明】
[0024] 图1是本实用新型的凹坑模型示意图。
[0025] 图2是本实用新型凹坑半径、凹坑深度与所需球冠半径的关系图。
[0026]图3是本实用新型的主视图。
[0027]图4是本实用新型的左视图。
[0028]图5是本实用新型A-A的剖视图。
[0029]图6是本实用新型B-B的剖视图。
[0030]图7是本实用新型的立体不意图。
【具体实施方式】
[0031 ] 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;
[0032] 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：
[0033]
D，其中D= {(x，y) | (x-xo)2+(y-yo)2彡r2}式中：r一凹坑半径，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，XQ-凹坑中心横坐标，yQ-凹坑中心 纵坐标；
[0034]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 [0035]
[0036]其中R为所需球冠的半径，r为凹坑半径，h为凹坑深度；
[0037]凹坑半径r与凹坑个数Nt的关系可由下式：
[0038] NtJir2 = Si,
[0039]其中r为凹坑半径，Nt为凹坑总个数，&为凹坑在轮面上的投影面积；
[0040]所述非轴向相邻两个凹坑2的中心夹角a为18° ;
[0041 ] 所述凹坑2的深度hi为3mm，半径R1为44.2mm，轴向相邻凹坑中心与车轮中心夹角0 为18.62°，靠近基体边缘凹坑中心与基体边缘的夹角y为9.94° ;
[0042] 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;
[0043] 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;
[0044] 所述基体1为鼓形，材质为铝基碳化硅。
[0045]本实用新型的工作原理和过程：
[0046] 请参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示，本实用新型通过仿土壤动物体表的 防粘脱土功能和体表性质，仿真出土壤动物体表凹坑2(几何结构单元）的形态和尺寸相应 的几何特征指标，将这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土功能； [0047]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，这 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) | x-x0)2+(y-y0)2彡r2}式中：r一凹坑半径，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，XQ-凹坑中心横坐标，yQ-凹坑中 心纵坐标； 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： Nt3ir2 = Si, 其中r为凹坑半径，Nt为凹坑总个数，Si*凹坑在轮面上的投影面积； 所述非轴向相邻两个凹坑(2)的中心夹角a为18° ; 所述凹坑(2)的深度hi为3mm，半径R1为44.2mm，轴向相邻凹坑中心与车轮中心夹角0为 18.62°，靠近基体边缘凹坑中心与基体边缘的夹角y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 错基碳化娃。
【文档编号】B60B19/00GK205705978SQ201620668715
【公开日】2016年11月23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