CN106127827A - 设计方法、物体表面纹理、防滑结构及机械装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种设计方法,用于设计物体表面纹理。首先,利用Bricard机构确定正方体及投影面。Bricard机构包括六根相同的、通过铰链依次相连的连杆,连杆的轴线与连杆两端的铰链的轴线共面且确定正方体的面,连杆两端的铰链的轴线相互垂直,六根连杆的轴线共面且确定投影面,投影面将正方体的面分割为三角形区域及五边形区域。然后在三角形区域以正方体的棱的中点为端点做曲线,正方体各面的曲线在投影面的投影连接而形成圆形,曲线位于与投影面垂直的圆柱曲面。最后根据曲线生成物体表面纹理。可根据环状或柱状物体的大小快速设计出对应的曲线作为物体表面纹理。本发明还公开了一种物体表面纹理、防滑结构及机械结构。
Description
技术领域
本发明涉及领域,具体涉及一种设计方法、物体表面纹理、防滑结构及机械装置。
背景技术
现有的物体表面纹理,一般针对不同的物品(如轮胎、鞋底、手套,机械手表面等)采用不同的纹理设计,导致设计方法或加工工艺繁琐。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一为此,本发明提出一种设计方法。
本发明实施方式的设计方法,用于设计物体表面纹理,所述设计方法包括以下步骤:
确定步骤,利用Bricard机构确定正方体及投影面;所述Bricard机构包括六根相同的连杆,六根所述连杆通过铰链依次相连,所述连杆的轴线与所述连杆两端的所述铰链的轴线共面且确定所述正方体的面,所述连杆两端的所述铰链的轴线相互垂直;所述铰链的轴线确定所述正方体的六根棱;六根所述连杆的轴线共面且确定所述投影面;所述投影面将所述正方体的每个面分割为三角形区域及五边形区域;
曲线生成步骤,在所述三角形区域以所述正方体的棱的中点为端点做曲线,所述曲线在所述投影面的正投影连接形成圆形,所述曲线位于与所述投影面垂直的圆柱曲面;及
纹理生成步骤,根据所述曲线生成所述物体表面纹理。
在某些实施方式中,所述纹理生成步骤包括:
展开子步骤,将所述圆柱曲面展开为展开平面,所述曲线随所述圆柱曲面展开以得到位于所述展开平面的纹理曲线;及
纹理生成子步骤,根据所述纹理曲线生成所述物体表面纹理。
在某些实施方式中,所述纹理生成子步骤包括:
将至少两条所述纹理曲线以相同的相位排列以生成所述物体表面纹理,至少两条所述纹理曲线的零轴线平行。
在某些实施方式中,所述纹理生成子步骤包括:
将至少两条所述纹理曲线以不同的相位排列以生成所述物体表面纹理,至少两条所述纹理曲线的对称轴平行。
在某些实施方式中,所述纹理生成子步骤包括:
调节所述纹理曲线的振幅或/及波长以生成不同的所述物体表面纹理。
本发明实施方式的物体表面纹理包括所述纹理曲线,所述纹理曲线为沿零轴线波动的连续曲线。
在某些实施方式中,所述表面纹理曲线为多根,所述多根纹理曲线的零轴线平行。
在某些实施方式中,所述多根纹理曲线的零轴线距离相等或不等。
在某些实施方式中,所述多根纹理曲线的相位相同或不同。
在某些实施方式中,所述纹理曲线的横截面为圆形、椭圆形、四边形或多边形。
本发明还提供一种防滑结构,所述防滑结构包括所述物体表面纹理。
本发明还提供一种机械装置,所述机械装置包括上述实施方式所述的防滑结构。
在某些实施方式中,所述机械装置包括轮胎或机械手。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1为本发明实施方式的设计方法的流程示意图。
图2(1)至图2(3)为本发明实施方式的Bricard机构的结构示意图。
图3为本发明实施方式的正方体及Bricard机构的结构示意图。
图4(1)及图4(2)为本发明实施方式的正方体及Bricard机构的确定曲线的示意图。
图5为本发明实施方式的设计方法的另一个流程示意图。
图6为本发明实施方式的展开平面及纹理曲线的示意图。
图7(1)及图7(2)分别为本发明实施方式的纹理曲线及其构成的物体表面纹理的示意图。
图8(1)及图8(2)分别为本发明实施方式的纹理曲线及其构成的物体表面纹理的另一个示意图。
图9为本发明实施方式的纹理曲线调整波长或振幅的原理示意图。
图10(1)及图10(2)为本发明实施方式的防滑结构的结构示意图。
图11为本发明实施方式的防滑结构的横截面示意图。
图12为本发明实施方式的机械装置的立体示意图及侧视示意图。
图13为本发明实施方式的测试系统的示意图。
图14为本发明实施方式的测试结果的示意图。
图15为本发明实施方式的轮胎质量分级标准的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式,实施方式的示例在附图中示出,其中相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的,仅用于解释本发明的实施方式,而不能理解为对本发明的实施方式的限制。
请参阅图1-3,本发明实施方式的设计方法,用于设计物体表面纹理10(请参图7(2)及图8(2))。设计方法包括以下步骤:
步骤S1,利用Bricard机构100确定正方体200及投影面130。Bricard机构100包括六根相同的连杆110,六根连杆110通过铰链120依次相连,连杆的轴线111与连杆110两端的铰链的轴线121共面且确定正方体200的面,连杆110两端的铰链的轴线121相互垂直。铰链的轴线121确定正方体200的六根棱。六根连杆的轴线111共面且确定投影面130。投影面130将正方体200的每个面分割为三角形区域210及五边形区域220。
连杆110相同主要指连杆110的长短、粗细相同。六根连杆110的轴线111共面,加上连杆110的长短相同,连杆110的轴线111在投影面130内构成正六边形。连杆110的轴线111与连杆110两端的铰链120的轴线121共面,且连杆110两端的铰链120的轴线121相互垂直,说明连杆110的轴线111与连杆110两端的铰链120的延长线可构成等腰直角三角形,且确定正方体200的面,也就是说相邻的连杆110确定相邻的正方体200的面。由于连杆110的长短相同,所以等腰直角三角形全等,因此铰链120的中点恰好位于正方体200的棱的中点。
连杆的轴线111确定的面为投影面130,投影面130将正方体200的每个面分割为三角形区域210及五边形区域220,三角形区域210即为上述的等腰直角三角形界定的区域,五边形区域220即为正方体200的面除去等腰直角三角形界定的区域之外的区域。
也即是说,投影面130与正方体200相交于正方体200的六条棱的中点。投影面130与正方体200的顶面240及底面250相交于两个相邻棱的中点,将顶面240及底面250分为三角形区域210及五边形区域220,只是顶面240的三角形区域210与底面250的五边形区域220相对,顶面240的五边形区域220与底面250的三角形区域210相对。
请参阅图4,本发明实施方式的设计方法还包括:
步骤S2,在三角形区域210内以正方体200的棱的中点为端点做曲线211,曲线211在投影面130的正投影310连接形成圆形,曲线211位于与投影面130垂直的圆柱曲面300。
也即是说,圆柱曲面300与投影面130垂直,圆柱曲面300在投影面130的投影310即为曲线211在投影面130的正投影310,且正投影310与连杆110轴线111的相交点构成的正六边形的六个顶点。而圆柱曲面300与正方体200的三角形区域210相交而形成的曲线即为曲线211。
本发明实施方式的设计方法还包括:
步骤S3,根据曲线211生成物体表面纹理10。
曲线211位于与投影面130垂直的圆柱曲面300上,因此可应用于环状或柱状的物体(如茶杯、轮胎)的表面作为物体表面纹理10。在圆柱曲面300的曲率大小(或者说圆柱的圆形截面的圆的大小)确定的情况下,曲线211的周期、振幅等参数也就唯一确定了,因此,可根据环状或柱状物体的大小快速设计出对应的曲线211作为物体表面纹理样式,设计方法及加工工艺简洁。此外,由于曲线211平滑无折角,设计出的物体表面纹理不易积存污垢。
请参阅图5-6,在某些实施方式中,步骤S3可包括:
步骤S301,将圆柱曲面300展开为展开平面300a,曲线211随圆柱曲面300展开得到位于展开平面300a的纹理曲线213;及
步骤S302,根据纹理曲线213生成物体表面纹理10。
也即是说,物体表面纹理10包括纹理曲线213。根据上面讨论的实施方式可知,纹理曲线213为沿零轴线波动的连续曲线。物体表面纹理10可以包括多根纹理曲线213。多根纹理曲线213可以根据需要设置,例如多根或者部分纹理曲线213的零轴线可以平行,或者相交。在多根纹理曲线213的零轴线平行的情况下,多根或者部分纹理曲线213的零轴线可以等距离设置,或者变化距离设置。在多根纹理曲线213的零轴线平行的情况下,多根或者部分纹理曲线213还可以同相位设置,或者存在相位差。
以下以两个具体的例子帮助说明如何根据纹理曲线213生成物体表面纹理10,但可以理解,例子仅用于说明本发明的实施方式,不应对本发明造成限制。
请参阅图7,在某些实施方式中,在步骤S302中,可将至少两条纹理曲线213以相同的相位排列以生成物体表面纹理10,至少两条纹理曲线213的零轴线平行。
可以理解,纹理曲线213的相位概念与正弦曲线的相位的概念类似,纹理曲线213与零轴线相交且右侧的纹理曲线213位于零轴线上方的一点可以作为一个周期的起点,或者称为零相位点。相邻两个零相位点之间为一个周期。
请参阅图7(1),在纹理曲线213上任选一点作为观察点A,观察点A在周期中的位置决定了观察点A的相位。例如若观察点A位于周期的起点,其相位设为0,若位于周期的终点,其相位设为1。观察点A的横坐标与周期的起点的横坐标的差值占整个周期的长度的比值为观察点A的相位。
本实施方式中将至少两条纹理曲线213以相同的相位排列,也就是说在横轴上取任意一点A,在至少两条纹理曲线213上的对应的点A’的相位值是相同的。例如曲线211的零相位点总是对应纹理曲线213的零相位点,曲线211的极大值点总是对应纹理曲线213的极大值点。如此,设计出的物体表面纹理10在横轴方向(即纹理曲线213的延伸方向)上阻力较小,而在纵轴方向上的阻力较大,可应用于某些特定领域。
请参阅图8,在某些实施方式中,在步骤S302中,将至少两条纹理曲线213以不同的相位排列以生成物体表面纹理10,至少两条纹理曲线213的对称轴平行。
也就是说在横轴上取任意观察点B,其在至少两条纹理曲线213上的对应的观察点B’的相位值是不同的。如此,设计出的物体表面纹理10在横轴方向(即纹理曲线213的延伸方向)可产生较大的阻力,可根据需要的阻力系数的大小来设计不同的相位差。还可产生一定的美观效果。
请参阅图8(2),可将多条同为第一相位的纹理曲线213与另外多条同为第二相位的纹理曲线213交叠到一起,设计成具有较好防滑效果及美观度的物体表面纹理10。
可以理解,将展开平面300a上的纹理曲线213可作为物体的平滑表面的纹理,例如,作为塑胶地板、手机外壳表面的防滑纹理。同时,通过将展开平面300a进行弯转、变形等可得到各种类型的曲面,纹理曲线213随展开平面300a弯转、变形,可设计出针对各种类型曲面的物体表面纹理10。
综上,本发明实施方式的曲线211或纹理曲线213并不局限应用于圆柱曲面300或平面,而是可拓展应用到各种类型的曲面。如此,可针对物体的各种类型曲面表面设计出对应的纹理样式。
请参阅图9,在某些实施方式中,步骤S302包括:
通过调节纹理曲线213的振幅或/及波长以生成不同的物体表面纹理10。
与正弦曲线中的概念类似,本发明的实施方式中的振幅可以指纹理曲线213的极大值(即波峰纵坐标)。波长可以指周期的长度。调节振幅或波长,可以使设计出的物体表面纹理10呈现出不同视觉效果的图案,还可以改变物体表面纹理10在不同方向上的阻力系数。
本发明实施方式的物体表面纹理10可采用上述实施方式的设计方法生成。
请参阅图10,本发明实施方式的防滑结构可采用上述实施方式的物体表面纹理10。例如,采用图7(2)中的防滑纹理可制作图10(1)中的防滑结构,或者采用图8(2)中的防滑纹理可制作出图10(2)中的防滑结构。
请参阅图11,在本实施方式的防滑结构中,防滑结构可包括应用物体表面纹理10的凸起纹理或凹槽纹理。纹理曲线213的横截面可包括圆形、椭圆形、四边形、多边形或其他根据实际需要设计的形状。
请参阅图12,在本发明实施方式的机械装置包括防滑结构,机械装置可以是轮胎或机械手,本实施方式中,机械装置为轮胎。
请参阅图13-15,对于采用本发明实施方式的防滑结构或物体表面纹理10的轮胎,进行了摩擦力测试。
请参阅图13,测试系统600包括轮胎530、连接组件610、钢丝套环630、拉力传感器650等。
所用轮胎530材质为常用的轮胎530材质。测试在水泥地面进行。首先使用3D打印装置打印连接组件610,采用连接组件610将两个轮胎530组装到一起且保证轮胎530只能滑动不能滚动。在连接组件610的前轴611上对称连接有两个钢丝套环630,钢丝套环630通过钢丝670与拉力传感器650连接,拉力传感器650用于测量拉力大小,当轮胎530被瞬间拉动的时候,拉力恰好等于最大静摩擦力,从拉力传感器650的显数器651上读取拉力示数。
请参阅图14,针对两种重量的轮胎530组进行了测试,获得对应的两组数据,第一组轮胎530组重力为34.2118N,第二组重力为52.7142N。第一组测试获得10个数据,第二组测试获得14个数据(不同地表的摩擦力,尽量覆盖了所有地表)。每组测得多个拉力数据后取平均值,再根据轮胎530组的重量计算出摩擦系数,两组对应的摩擦系数均在0.52-0.53之间。
图15为美国高速公路安全管理局NHTSA的《统一轮胎质量分级标准》的牵引力等级,在水泥地上的摩擦系数达到0.38以上则为AA级,而本发明的最终测得的轮胎530摩擦系数在0.52-0.53之间,由此可以证明,本发明实施方式的轮胎530可提供优异的摩擦力性能,从而可防止打滑。
以上所测得的摩擦性能同样适用于图10所示的平面纹理防滑纹理400。
本发明实施方式的物体表面纹理10、防滑结构或机械装置中未展开的其它部分,可参以上实施方式的设计方法的对应部分,在此不再详细展开。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个以上,除非另有明确具体的限定。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (13)
1.一种设计方法,用于设计物体表面纹理,其特征在于,所述设计方法包括以下步骤:
确定步骤,利用Bricard机构确定正方体及投影面;所述Bricard机构包括六根相同的连杆,六根所述连杆通过铰链依次相连,所述连杆的轴线与所述连杆两端的所述铰链的轴线共面且确定所述正方体的面,所述连杆两端的所述铰链的轴线相互垂直;所述铰链的轴线确定所述正方体的六根棱;六根所述连杆的轴线共面且确定所述投影面;所述投影面将所述正方体的每个面分割为三角形区域及五边形区域;
曲线生成步骤,在所述三角形区域以所述正方体的棱的中点为端点做曲线,所述曲线在所述投影面的正投影连接形成圆形,所述曲线位于与所述投影面垂直的圆柱曲面;及
纹理生成步骤,根据所述曲线生成所述物体表面纹理。
2.如权利要求1所述的设计方法,其特征在于,所述纹理生成步骤包括:
展开子步骤,将所述圆柱曲面展开为展开平面,所述曲线随所述圆柱曲面展开以得到位于所述展开平面的纹理曲线;及
纹理生成子步骤,根据所述纹理曲线生成所述物体表面纹理。
3.如权利要求2所述的设计方法,其特征在于,所述纹理生成子步骤包括:
将至少两条所述纹理曲线以相同的相位排列以生成所述物体表面纹理,至少两条所述纹理曲线的零轴线平行。
4.如权利要求2所述的设计方法,其特征在于,所述纹理生成子步骤包括:
将至少两条所述纹理曲线以不同的相位排列以生成所述物体表面纹理,至少两条所述纹理曲线的对称轴平行。
5.如权利要求2所述的设计方法,其特征在于,所述纹理生成子步骤包括:
调节所述纹理曲线的振幅或/及波长以生成不同的所述物体表面纹理。
6.一种物体表面纹理,其特征在于,所述物体表面纹理包括纹理曲线,所述纹理曲线为沿零轴线波动的连续曲线。
7.如权利要求6所述的物体表面纹理,其特征在于,所述表面纹理曲线为多根,所述多根纹理曲线的零轴线平行。
8.如权利要求7所述的物体表面纹理,其特征在于,所述多根纹理曲线的零轴线距离相等或不等。
9.如权利要求7所述的物体表面纹理,其特征在于,所述多根纹理曲线的相位相同或不同。
10.如权利要求6所述的物体表面纹理,其特征在于,所述纹理曲线的横截面为圆形、椭圆形、四边形或多边形。
11.一种防滑结构,其特征在于,所述防滑结构包括如权利要求6-10任意一项所述的物体表面纹理。
12.一种机械装置,其特征在于,包括如权利要求11所述的防滑结构。
13.如权利要求12所述的机械装置,其特征在于,所述机械装置包括轮胎或机械手。
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