[发明专利]一种球型机器人缓冲外壳的蜂窝芯层结构设计方法

说明书

本发明公开了一种球型机器人缓冲外壳的蜂窝芯层结构设计方法，其首先确定目标球体的外切正二十面体，并对正二十面体的各边进行等分；然后，以正二十面体上的等边三角形的形心为中心画出第一个正六边形，依次向周围扩展的分割规律，并将正二十面体上的等边三角形分割成的多个小等边三角形进行组合，以六个小正三角形为组合组成正六边形，并将其投影到正二十面体的内切球上，从而完成二维平板蜂窝芯层结构设计向三维球型蜂窝芯层结构设计的转换。本发明增加了球面上几何图形的数量，几何形状无空隙无重叠，且大部分为能够良好维持的六边形，解决了球体结构失真的问题；还可根据实际需要确定分割数目，使得六边形尺寸、胞元数量不受模型限制。

技术领域

本发明涉及机器人的缓冲吸能技术领域，尤其涉及一种球型机器人缓冲外壳的蜂窝芯层结构设计方法。

背景技术

球型机器人在完成抛投或翻越障碍任务时，不仅需要机器人具有重量轻、体积小等特点，同时更需要保证球型机器人的外壳具有良好的缓冲吸能特性，确保机器人的平稳缓冲与后期操作任务，因而对机器人的缓冲外壳有紧凑、轻质的严格要求。

为满足要求，缓冲外壳的球型蜂窝夹层结构需要特别设计。

据发明人了解，现有的设计方法包括：

(1)基于传统富勒烯C720构型的设计方法，该方法设计出的蜂窝夹层结构存在两个缺陷：一、其并不是一个规则正球体；二、其表面只分布了115个六边形和12个五边形，规则的几何形状数量少，不能满足对三维球型蜂窝芯层的胞元具有特定数量的要求；

(2)基于截角二十面体构型的设计方法，该方法设计出的蜂窝夹层结构避免了富勒烯构型的非规则正球体的缺陷，但其五边形和六边形总数为32个，相比富勒烯构型几何图形数量更少，同时，其五边形、六边形的尺寸与球尺寸直接关联，导致蜂窝结构尺寸相比模型要小得多；

(3)一般三角形构成法，其在一定程度上能够增加六边形几何图形的数量；然而，在越接近赤道处，六边形的形状越不能很好的维持，导致形状失真严重，且在纬线方向上只有6个线段来代替圆，所以俯视图呈现出的六边形与球型剖面结构相差较大，进而限制了平板蜂窝芯层结构在曲面缓冲结构上的应用。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种球型机器人缓冲外壳的蜂窝芯层结构的设计方法，该方法通过分割三角形组合和截角二十面体的球面镶嵌投影，实现蜂窝芯层结构的正球体特性，解决了传统六边形芯层蜂窝平板结构在球面上难以布局的难题，满足球体胞元数量不受限制，设计出的蜂窝夹层结构适用于球面缓冲吸能。

本发明所采用的技术方案是：

一种球型机器人缓冲外壳的蜂窝芯层结构设计方法，包括如下步骤：

一、视收拢状态的球型机器人为目标球体，基于该目标球体，确定出其外接正二十面体，并将该正二十面体的各边进行等分；

二、依据分割后相应的三角形组成六边形时不会出现非中心对称，或不能将所有三角形都与周围组成完整六边形的原理，采用逆向寻找规律，以正二十面体上的等边三角形的形心为中心画出第一个正六边形，依次向周围扩展的分割规律，并将正二十面体上的等边三角形分割成的若干个小等边三角形进行组合，以六个小正三角形为组合组成正六边形，并将其投影到正二十面体的内切球上，完成二维平板蜂窝芯层结构设计向三维球型蜂窝芯层结构设计的转换。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

基于截角二十面体球面镶嵌方法不能同时实现球型蜂窝结构的正球体特性和保证胞元数量不受限制，而一般三角形构成法只能在有限程度上增加几何图形数量，其无法保证蜂窝结构的正球体特性；