[发明专利]利用神农洁蜣螂沙丘状各向异性凸包设计仿生犁壁的方法

摘要

本发明提供一种利用神农洁蜣螂沙丘状各向异性凸包设计仿生犁壁的方法，包括神农洁蜣螂表皮取样及预处理、神农洁蜣螂表皮迎土面轮廓精密测量、神农洁蜣螂表皮迎土面凸包纵横向三维断面结构提取、神农洁蜣螂表皮迎土面凸包纵横轴截面轮廓曲线提取、沙丘状凸包仿生结构单元的单体曲面重构、沙丘状凸包仿生结构单元的群体排布设计等六个步骤。与现有技术相比，（1）本发明直接以神农洁蜣螂迎土面体表上的沙丘状各向异性凸包为几何原型设计沙丘状凸包仿生结构单元的方法，在结构及功能仿生上更接近生物原型；（2）本发明将理想的“自然选择”结构用于人造耕作机具，具有较强的可操作性及应用价值。

主权项

1.利用神农洁蜣螂沙丘状各向异性凸包设计仿生犁壁的方法，包括有下列步骤：第一步：神农洁蜣螂表皮取样及预处理(A)从购置的神农洁蜣螂成虫干制标本上裁取处于迎土面上的表皮样本，首先对其标记虫体中轴线，再用去离子水冲洗3～5次，然后将洗净的神农洁蜣螂干制表皮样本在2.5％戊二醛溶液中化学固定3～5h，化学固定温度0～4℃，制得神农洁蜣螂固定表皮样本；(B)将经(A)步骤制得的神农洁蜣螂固定表皮样本采用去离子水清洗6～8次，然后在50～70℃条件下烘干1～2h，制得含水率5％～10％的神农洁蜣螂干燥表皮样本；第二步：神农洁蜣螂表皮迎土面轮廓精密测量(A)将第一步制得的神农洁蜣螂干燥表皮样本固定在光学式表面轮廓仪的工作台上，设置光学式表面轮廓仪的扫描参数对神农洁蜣螂干燥表皮样本重复扫描3～5次；(B)从经(A)步骤扫描后由表面轮廓仪配套处理软件自动生成的测量样本三维表面轮廓图像中选取清晰、无噪点的图像，获得神农洁蜣螂干燥表皮样本的表面轮廓图像；其特征在于，还包括如下步骤：第三步：神农洁蜣螂表皮迎土面凸包纵、横向三维断面结构提取(A)在第二步制得的神农洁蜣螂干燥表皮样本表面轮廓图像中选取出单个完整凸包，从该凸包上获取过凸包最高点且平行于虫体中轴线方向的凸包纵向中轴线，再从该凸包上获取过凸包最高点且垂直于虫体中轴线方向的凸包横向中轴线；(B)利用表面轮廓仪配套处理软件从经(A)步骤获取的凸包纵向中轴线起，沿垂直于凸包纵向中轴线方向，在经(A)步骤选取的单个完整凸包上截取矩形剖切区域I，所述矩形剖切区域I以在凸包纵向中轴线方向上的处于相邻凸包间无明显凸起的位置点为起点、凸包纵向中轴线方向上的处于相邻凸包间无明显凸起的位置点为终点形成的矩形剖切区域，从而由软件自动提取出所选定矩形剖切区域I的凸包纵向三维断面结构；(C)利用表面轮廓仪配套处理软件从经(A)步骤获取的凸包横向中轴线起，沿垂直于凸包横向中轴线方向，在经(A)步骤选取的单个完整凸包上截取矩形剖切区域II，所述矩形剖切区域II以在凸包纵向中轴线方向上的处于相邻凸包间无明显凸起的位置点为起点、凸包纵向中轴线方向上的处于相邻凸包间无明显凸起的位置点为终点形成的矩形剖切区域，从而由软件自动提取出所选定矩形剖切区域II的凸包横向三维断面结构；第四步：神农洁蜣螂表皮迎土面凸包纵、横轴截面轮廓曲线提取(A)借助表面轮廓仪配套处理软件，将第三步提取出的凸包纵、横向三维断面结构进行二维化截面显示处理，分别得到神农洁蜣螂表皮迎土面凸包纵轴截面轮廓原始曲线、神农洁蜣螂表皮迎土面凸包横轴截面原始轮廓曲线；(B)借助表面轮廓仪配套处理软件，对经(A)步骤获取的神农洁蜣螂表皮迎土面凸包纵、横轴截面原始轮廓曲线进行干扰点剔除、曲线平滑处理，分别得到神农洁蜣螂表皮迎土面凸包纵轴截面轮廓修正曲线、神农洁蜣螂表皮迎土面凸包横轴截面轮廓修正曲线；第五步：沙丘状凸包仿生结构单元的单体曲面重构(A)借助三维建模软件，以凸包最高点为交点，将第四步获取的神农洁蜣螂表皮迎土面凸包纵、横轴截面轮廓修正曲线进行垂直相交，形成空间相交曲线；(B)借助三维建模软件，以第四步获取的神农洁蜣螂表皮迎土面凸包横轴截面轮廓修正曲线的两个端点为终点，以神农洁蜣螂表皮迎土面凸包纵轴截面轮廓修正曲线为母线，以神农洁蜣螂表皮迎土面凸包横轴截面轮廓修正曲线为控制导线，重构出沙丘状凸包仿生结构单元的单体空间自由曲面；第六步：沙丘状凸包仿生结构单元的群体排布设计(A)针对仿生犁壁的具体设计尺寸及作业参数，将第五步制得的沙丘状凸包仿生结构单元的单体空间自由曲面进行若干倍数的几何尺寸放大；(B)按照一定的群体排布方向和群体排布方法，将经(A)步骤放大后的沙丘状凸包仿生结构单元单体空间自由曲面在仿生犁壁犁体曲面上做排布设计，便得到利用神农洁蜣螂沙丘状各向异性凸包设计出的仿生犁壁。