[發(fā)明專利]一種球型機(jī)器人緩沖外殼的蜂窩芯層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810612408.2
• 申請(qǐng)日: 2018-06-14
• 公開（公告）號(hào): CN109063229B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董洋洋;陳聰;張子建;丁鑫;何杭軒;池偉健;孫悅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/17
• 分類號(hào): G06F30/17;G06F30/20
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 賀翔

1.一種球型機(jī)器人緩沖外殼的蜂窩芯層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括如下步驟：

一、視收攏狀態(tài)的球型機(jī)器人為目標(biāo)球體，基于該目標(biāo)球體，確定出其外接正二十面體，并將該正二十面體的各邊進(jìn)行等分；

上述步驟一具體包括：

步驟S11，確定目標(biāo)球體的半徑r，進(jìn)而繪制出目標(biāo)球體的球面；

步驟S12，根據(jù)正二十面體與其內(nèi)切球尺寸之間的關(guān)系，通過公式

確定目標(biāo)球體的外接正二十面體，其中，a為正二十面體每個(gè)面上正三角形的邊長(zhǎng)，θ為正二十面體相鄰兩面的夾角，arctan表示反正切函數(shù)；

二、采用逆向?qū)ふ乙?guī)律，以正二十面體上的等邊三角形的形心為中心畫出第一個(gè)正六邊形，依次向周圍擴(kuò)展的分割規(guī)律，并將正二十面體上的等邊三角形分割成的多個(gè)小等邊三角形進(jìn)行組合，以六個(gè)小正三角形為組合組成正六邊形，并將其投影到正二十面體的內(nèi)切球上，完成二維平板蜂窩芯層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)向三維球型蜂窩芯層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)換；

上述步驟二具體包括：

步驟S13，確定目標(biāo)球體外接正二十面體的任一等邊三角形邊長(zhǎng)的分割規(guī)律；

步驟S14，對(duì)等邊三角形的分割規(guī)律進(jìn)行判斷；

步驟S15，以等邊三角形的形心為中心，將任一正三角形的邊長(zhǎng)均勻分成3n份，其中，n由目標(biāo)球型蜂窩結(jié)構(gòu)的六邊形尺寸決定；

步驟S16，對(duì)等邊三角形進(jìn)行組合，在等邊三角形的內(nèi)部形成完整的六邊形，在三個(gè)頂點(diǎn)處為三個(gè)三角形，在每條棱邊上是整六邊形和半六邊形交替出現(xiàn)的形式；以等邊三角形的形心為中心將其周圍六個(gè)小三角形合成一個(gè)正六邊形，以六個(gè)正三角形為組合組成一個(gè)完整的正六邊形；

步驟S17，將該分割和組合方法，應(yīng)用到其余19個(gè)等邊三角形上，完成整個(gè)正二十面體的分割與組合；

步驟S18，根據(jù)截角二十面體的球面鑲嵌方法，將其投影到正二十面體的內(nèi)切球上，得到正球體蜂窩芯層結(jié)構(gòu)，完成二維平板蜂窩芯層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)向三維球型蜂窩芯層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)換。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球型機(jī)器人緩沖外殼的蜂窩芯層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟S12中，確定目標(biāo)球體的外接正二十面體的具體步驟包括：

步驟S121，根據(jù)公式(1)和(2)，確定滿足尺寸關(guān)系要求的第一個(gè)等邊三角形，該等邊三角形與球面相切于該等邊三角形的形心；

步驟S122，以等邊三角形的一條邊為公共邊，基于公式(2)中相鄰兩面夾角θ，繪制第二個(gè)共邊長(zhǎng)等邊三角形；

步驟S123，根據(jù)步驟S122中的第二個(gè)共邊長(zhǎng)等邊三角形，重復(fù)步驟S122兩次，得到第三和第四個(gè)共邊長(zhǎng)等邊三角形；

步驟S124，基于第一個(gè)等邊三角形的頂點(diǎn)和第四個(gè)等邊三角形的頂點(diǎn)連接確定一條直線，將四個(gè)等邊三角形繞該直線方向旋轉(zhuǎn)4次，旋轉(zhuǎn)角度為72°，以此類推，得到目標(biāo)球體的外接正二十面體。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的球型機(jī)器人緩沖外殼的蜂窩芯層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟S13具體包括：

步驟S131，基于三角形構(gòu)成法，取目標(biāo)球體外接正二十面體的任意一個(gè)面，該面為一個(gè)等邊三角形，確定目標(biāo)球體外接正二十面體的任一等邊三角形邊長(zhǎng)的分割份數(shù)；

步驟S132，采用逆向?qū)ふ乙?guī)律，以等邊三角形的形心為中心畫出第一個(gè)正六邊形，依次向周圍擴(kuò)展確定目標(biāo)球體外接正二十面體的任一等邊三角形邊長(zhǎng)的分割順序。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的球型機(jī)器人緩沖外殼的蜂窩芯層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟S14包括：

步驟S141，對(duì)等邊三角形邊長(zhǎng)的分割份數(shù)進(jìn)行判斷，根據(jù)分割后六邊形需滿足中心對(duì)稱，且所有三角形與周圍均能組成完整六邊形的原理，判斷分割規(guī)律的合理性；若分割份數(shù)滿足條件，繼續(xù)進(jìn)行步驟S142，若判斷不滿足條件，則返回步驟S13；

步驟S142，對(duì)等邊三角形邊長(zhǎng)的分割順序進(jìn)行判斷，根據(jù)等邊三角形是否被完全分割且滿足中心對(duì)稱，以及頂角處能否與周圍形成五邊形，判斷分割順序的合理性；若分割順序滿足條件，繼續(xù)進(jìn)行步驟S15，若判斷不滿足條件，則返回步驟S13。