CN100569061C - 仿生减阻起垄器铲面及其设计方法 - Google Patents

仿生减阻起垄器铲面及其设计方法 Download PDF

Info

Publication number
CN100569061C
CN100569061C CNB200710055212XA CN200710055212A CN100569061C CN 100569061 C CN100569061 C CN 100569061C CN B200710055212X A CNB200710055212X A CN B200710055212XA CN 200710055212 A CN200710055212 A CN 200710055212A CN 100569061 C CN100569061 C CN 100569061C
Authority
CN
China
Prior art keywords
cloud
wild boar
ridge
line
forming apparatus
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB200710055212XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN100998275A (zh
Inventor
李建桥
崔占荣
李因武
许亮
张锐
文立阁
许述财
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jilin University
Original Assignee
Jilin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jilin University filed Critical Jilin University
Priority to CNB200710055212XA priority Critical patent/CN100569061C/zh
Publication of CN100998275A publication Critical patent/CN100998275A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100569061C publication Critical patent/CN100569061C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Catching Or Destruction (AREA)
  • Processing Or Creating Images (AREA)

Abstract

本发明涉及一种仿生减阻起垄器铲面及其设计方法。目的在于解决降低能耗，减少起垄器铲面与土壤间的阻力，并使触土部件能够具有降阻的效果。具体技术方案是：该铲面为以y＝-0.0148x2+0.86563x-1.51为脊线，y＝-0.0054z2+30.49为素线，素线沿脊线所形成的曲面。本发明通过对野猪拱土觅食行为特性中的主要触土部位，利用逆向工程技术对野猪的面部曲面进行三维扫描，获取三维点群数据。对获取到的点群数据进行三维几何模型重建。提取特征参数，并对其进行各种参数与性能分析。

Description

仿生减阻起垄器铲面及其设计方法
技术领域
本发明属于农业和地面机械领域，特别是涉及一种根据仿生学理论与逆向工程的方法对野猪拱土觅食行为特性中的主要触土部位面部曲面特性进行研究，而获得的仿生减阻起垄器铲面及其制造方法。
背景技术
起垄铲是土壤耕整联合作业机的重要部件，它的工作性能直接影响着土壤耕整联合作业机的工作质量和功率消耗。在土壤耕整联合作业机耕作过程中，由于起垄铲铲面的形状导致耕作阻力增大，导致作业质量变差、生产效率降低，无法达到农艺要求，严重时土壤耕整联合作业机无法工作，影响生产。由此可见，减小起垄铲工作阻力且对提高农业生产综合效益具有重要的现实意义。
申请人在对土壤动物进行了大量的调查和采集，进行了生物形态学和行为学研究的基础上，通过对典型土壤动物如蚯蚓、马陆、穿山甲、田鼠的观察和电镜分析发现，这类土壤动物体表结构有利于土壤动物的减粘降阻。对典型的土壤动物蜣螂的形态特征的研究，设计制造了多种非光滑曲面推土板，研制了仿生非光滑犁壁。
野猪是一种具有拱土觅食行为特性的典型动物，经过几千年的进化，使得野猪拱土觅食的主要触土部位-面部具有了降低与土壤间阻力的功能。野猪面部曲面特征是降阻效果的原因之一，而起垄器铲面工作情况与野猪的拱土觅食的行为极其相近。为降低起垄器铲面与土壤间的阻力，更加使其能够具有降阻的效果，我们可以从仿生学的角度，采用逆向工程的方法对野猪的主要触土部位-面部曲面进行研究，设计出仿生减阻起垄器铲面。
发明内容
本发明的目的是解决现有起垄器粘土及阻力增大等问题，提供一种新型结构的仿生减阻起垄器铲面及其设计方法。它以普通起垄器为设计原型，针对其主要触土部位-铲面，采用逆向工程技术，提取具有良好的降低阻力效果的野猪面部的三维几何模型，对起垄器铲面进行仿生设计，使其能够具有降低阻力的效果。
本发明的上述目的是这样实现的，一种仿生减阻起垄器铲面为以
y＝-0.0148x2+0.86563x-1.51为脊线，y＝-0.0054z2+30.49为素线，素线沿脊线所形成的曲面。
用于仿生减阻起垄器铲面的设计方法，其特征在于：
a)对野猪头部采用非接触式激光测量法进行三维几何测量，获得野猪面部点云数据；
b)点云数据的处理：对点云的纯净化处理；采用在样本上固定位置处配置定位球的方法来对坐标进行定位，当点云数据被分别获取后，从不同角度扫描所获取的点云数据就可以根据相同位置的球体其圆心必在同一点即三点定位的条件将点云数据进行重构，利用UG/Imageware软件的逐步模式完成点云的重构；
c)曲面重建：针对获取并处理后的野猪头部点云数据采用CATIA软件中的平面交线功能，分别以一个纵向平面和一组以一定间距的横向平面与点云相交，使得在点云上形成一组平面交线；再将点云上的平面交线转化成空间曲线，通过对部分曲线依据原始点云进行调整，将调整后的曲线连成经纬相交的野猪头部空间曲线框架；
d)根据已生成的经纬相交的空间曲线框架图生成空间自由曲面，再将各个位于不同部位的曲面合并为一整体，并对其做平滑处理，最终完成野猪头部三维几何模型的重建。
本发明的技术效果是：
本发明具有减少土壤耕整联合作业机的土壤阻力和动力消耗的技术效果。可减小起垄器工作阻力，进而降低拖拉机的牵引阻力，节约燃油，延长机具的寿命，提高效率，为农户节省大量资金，降低生产成本，提高劳动生产率。
将野猪面部曲面特征参数应用到起垄器铲面的设计方法，可以有效的减少起垄器铲面与土壤接触部位的土壤阻力达5％-12％。
附图说明
图1野猪头部空间曲线框架图；
图2野猪头部脊线方程；
图3野猪头部素线方程；
图4(a)起垄铲的脊线；
图4(b)起垄铲的素线；
图4(c)素线沿脊线所形成的起垄铲曲面。
具体实施方式
下面结合附图所示实施例进一步说明本发明的具体内容及其实施方式。
(1)野猪头部三维数据点获取
本研究所使用的样本来自吉林省白山市长白山野生动物驯养繁殖场，野猪的鼻子与普通家猪相比要长出10-15cm，且具有坚硬的吻突。对野猪头部采用非接触式激光测量法进行三维几何测量，获得野猪面部点云数据。
(2)点云数据的处理
点云数据的最基本处理，即对点云的纯净化处理，如噪声去除、过滤、光顺、网格化等。这些处理是逆向工程技术中的关键环节，它的结果将直接影响到后期模型重构的质量。由于野猪头部形状复杂，一次扫描无法获得全部数据，进行多次扫描时需要将样本作移动以实现完整点群的获取，这将会造成数据输入软件时产生坐标不统一的现象。本研究采用在样本上固定位置处配置定位球的方法来对坐标进行定位。当点云数据被分别获取后，从不同角度扫描所获取的点云数据就可以根据相同位置的球体其圆心必在同一点(三点定位)的条件将点云数据进行重构，利用UG/Imageware软件的逐步模式完成点云的重构。
(3)曲面重建
参阅图1野猪头部空间曲线框架图：针对获取并处理后的野猪头部点云数据采用CATIA软件中的平面交线功能，分别以一个纵向平面和一组以间距为8mm的横向平面与点云相交，使得在点云上形成一组平面交线。再将点云上的平面交线转化成空间曲线。由于生成的部分曲线曲率变化比较大，曲线很不平滑，在此基础上很难生成曲面，因此需对部分曲线依据原始点云进行调整。将调整后的曲线连成经纬相交的野猪头部空间曲线框架。
根据已生成的经纬相交的空间曲线框架图生成空间自由曲面，再将各个位于不同部位的曲面合并为一整体，并对其做平滑处理，最终完成野猪头部三维几何模型的重建。
(4)结果分析
参阅图2，图3：本发明通过对野猪拱土觅食行为特性中的主要触土部位，利用逆向工程技术对野猪的面部曲面进行三维扫描，获取三维点群数据。对获取到的点群数据进行三维几何模型重建。提取特征参数，并对其进行各种参数与性能分析，得出脊线和几条特征素线方程。以y＝-0.0148x2+0.86563x-1.51为脊线，y＝-0.0054z2+30.49为素线，素线沿脊线所形成的曲面。
参阅图4：起垄铲铲面以y＝-0.0148x2+0.86563x-1.51为脊线，y＝-0.0054z2+30.49为素线，素线沿脊线所形成的曲面。其他参数按常规设计方法来设计。

Claims (2)

1、一种仿生减阻起垄器铲面，其特征在于该铲面为以
y＝-0.0148x2+0.86563x-1.51为脊线，y＝-0.0054z2+30.49为素线，素线沿脊线所形成的曲面。
2、用于权利要求1的一种仿生减阻起垄器铲面的设计方法，其特征在于：
a)对野猪头部采用非接触式激光测量法进行三维几何测量，获得野猪面部点云数据；
b)点云数据的处理：对点云的纯净化处理；采用在样本上固定位置处配置定位球的方法来对坐标进行定位，当点云数据被分别获取后，从不同角度扫描所获取的点云数据就可以根据相同位置的球体其圆心必在同一点即三点定位的条件将点云数据进行重构，利用UG/Imageware软件的逐步模式完成点云的重构；
c)曲面重建：针对获取并处理后的野猪头部点云数据采用CATIA软件中的平面交线功能，分别以一个纵向平面和一组以一定间距的横向平面与点云相交，使得在点云上形成一组平面交线；再将点云上的平面交线转化成空间曲线，通过对部分曲线依据原始点云进行调整，将调整后的曲线连成经纬相交的野猪头部空间曲线框架；
d)根据已生成的经纬相交的空间曲线框架图生成空间自由曲面，再将各个位于不同部位的曲面合并为一整体，并对其做平滑处理，最终完成野猪头部三维几何模型的重建。
CNB200710055212XA 2007-01-08 2007-01-08 仿生减阻起垄器铲面及其设计方法 Expired - Fee Related CN100569061C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB200710055212XA CN100569061C (zh) 2007-01-08 2007-01-08 仿生减阻起垄器铲面及其设计方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB200710055212XA CN100569061C (zh) 2007-01-08 2007-01-08 仿生减阻起垄器铲面及其设计方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN100998275A CN100998275A (zh) 2007-07-18
CN100569061C true CN100569061C (zh) 2009-12-16

Family

ID=38257159

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB200710055212XA Expired - Fee Related CN100569061C (zh) 2007-01-08 2007-01-08 仿生减阻起垄器铲面及其设计方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100569061C (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102265736B (zh) * 2011-05-17 2013-01-02 吉林大学 仿生减黏耐腐蚀肥箱内衬
CN103270824B (zh) * 2013-06-09 2016-03-02 吉林大学 凹圆弧起垄铲铲壁结构
CN104573272A (zh) * 2015-01-27 2015-04-29 苏州汇众模塑有限公司 一种注塑模数字化快速逆向设计工艺
WO2016201671A1 (zh) * 2015-06-18 2016-12-22 北京大学深圳研究生院 一种三维点云的局部特征提取方法及装置
CN106489410B (zh) * 2016-12-26 2022-12-23 吉林大学 一种适用于粘重壤土的仿生减粘降阻马铃薯收获机挖掘铲
CN106941853B (zh) * 2017-05-05 2019-02-19 唐山市丰润区秋实农业开发有限公司 一种具有仿生曲面结构的黄芪挖掘铲
CN109308401A (zh) * 2018-11-02 2019-02-05 昆明理工大学 一种基于逆向工程技术的农机具触土部件仿生曲面结构及其构建方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
仿生非光滑犁壁规范化设计. 李建桥，李忠范等.农机化研究，第6期. 2004
仿生非光滑犁壁规范化设计. 李建桥，李忠范等.农机化研究，第6期. 2004 *
野猪头部三维几何模型逆向工程研究. 李建桥，许亮等.中国农业工程学会2005年学术会议论文集. 2005
野猪头部三维几何模型逆向工程研究. 李建桥，许亮等.中国农业工程学会2005年学术会议论文集. 2005 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN100998275A (zh) 2007-07-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100569061C (zh) 仿生减阻起垄器铲面及其设计方法
Li et al. Biomimeitc design of a stubble-cutting disc using finite element analysis
Yu et al. Bionic design of tools in cutting: Reducing adhesion, abrasion or friction
CN101258793B (zh) 仿生减阻灭茬刀及其设计方法
Zhang et al. Optimization design and performance study of a subsoiler underlying the tea garden subsoiling mechanism based on bionics and EDEM
Topakci et al. Deep tillage tool optimization by means of finite element method: Case study for a subsoiler tine
CN109308401A (zh) 一种基于逆向工程技术的农机具触土部件仿生曲面结构及其构建方法
Song et al. Increasing the width of disturbance of plough pan with bionic inspired subsoilers
Chang et al. Design and experiments of biomimetic stubble cutter
CN108122278A (zh) 用神农洁蜣螂表皮沙丘状凸包设计凹坑型仿生犁壁的方法
Torotwa et al. Performance evaluation of a biomimetically designed disc for dense-straw mulched conservation tillage
Rogovskii et al. Technological effectiveness of formation of planting furrow by working body of passive type of orchard planting machine
Liu et al. Structural bionic design for digging shovel of cassava harvester considering soil mechanics
Tian et al. Design and test of post-seat weeding machine for paddy
Wang et al. Methods for reducing the tillage force of subsoiling tools: A review
CN107646211A (zh) 一种基于分形理论的仿生多尺度锯齿结构
Salar et al. Modeling and optimization of wing geometry effect on draft and vertical forces of winged chisel plow
Niu et al. Simulation and experimental study on drag reduction and anti-adhesion of subsoiler with bionic surface
He et al. Research progress of minimal tillage method and machine in China
Torotwa et al. Biomimetic tool design improves tillage efficiency, seedbed quality, and straw incorporation during rototilling in conservation farming
Torotwa et al. 3D finite element analysis of the tillage and straw cutting performance of a curved-edged toothed disc
Zhou et al. Bionic Optimization Design and Discrete Element Experimental Design of Carrot Combine Harvester Ripping Shovel
Dzhabborov et al. The basics for choosing energy-efficient working tools of tillage machines
Selvi A new blade design of rotary tiller and static analysis using computer-aided tool.
Li et al. RETRACTED ARTICLE: Investigation on optimising agricultural cultivator openers using quadratic orthogonal rotation regression

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20091216

Termination date: 20110108