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技术

本发明专利技术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）本发明专利技术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）本发明专利技术将理想的“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。

Design of bionic plough wall using dune shaped anisotropic convex hull of Shennong dung beetle

The invention provides a method for the design of a Bionic Plow wall using the sand dune shaped anisotropic convex hull of Shennong Jie beetle, including the skin sampling and pretreatment of Shennong Jie beetle, the precision measurement of the contour of the surface of the surface of the Shennong Jie beetle, the vertical and transverse section structure of the convex hull of the Shennong Jie beetle, and the surface of the skin of the Shennong Jie beetle Six steps are taken to extract the profile curve of the vertical and horizontal axis of the convex hull, the mono surface reconstruction of the dune shaped convex hull bionic structural unit and the group layout design of the dune shaped convex hull bionic structural unit. Compared with the existing technology, (1) the invention directly uses the sand dune shaped anisotropic convex hull on the surface of the Shennong Jie beetle to design the dune shaped convex hull bionic structural unit, which is closer to the biological prototype in the structure and function bionics; (2) the ideal \natural selection\ structure is used for artificial cultivation. The machine has strong operability and application value.

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术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，属于仿生脱附减阻

技术介绍
“生物非光滑”是自然界普遍存在的典型现象，昆虫、植物、鱼类、鸟类、贝类等表现出各种类型的非光滑表面，已知的生物非光滑表面具有脱附、减阻、自洁、降噪、伪装、耐磨、抗氧化等多种功能。在生物非光滑表面众多已知的独特机能中，当属脱附、自洁最吸引人类关注和学习。例如，具有微纳乳凸的荷叶能够“出淤泥而不染”，表皮凸凹不平的蜣螂能够在黏湿的粪堆或土壤中行动自如而保持身体清洁。生物非光滑脱附、自洁现象足以引发人类开展仿生研究和工程应用，而利用蜣螂等土壤生物表皮非光滑微观结构设计仿生犁壁便是一种重要的生物仿生应用领域。传统触土部件多为光滑表面，与土壤接触容易粘附从而增加能耗、降低工作效率，仿生犁壁上设有凸包或凹坑，可有效减少土壤接触阻力、降低粘附，对提高耕作机具工作效率、减少能耗具有重要意义。例如专利号为CN201010531289.1的中国专利介绍了一种鼠道犁仿生防粘减阻耐磨犁铲，该犁铲采用了一种凸包高度与包底圆直径之比处于一定数值范围的球冠本文档来自技高网...

【技术保护点】
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...

【技术特征摘要】
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涵盖一定范围的矩形剖切区域I，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涵盖一定范围的矩形剖切区域II，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩鑫，郗昊，赵殿报，王伯龙，金诚谦，兰玉彬，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37