[发明专利]一种仿生履齿及其设计方法、深海集矿机

权利要求书

1.一种用于深海集矿机的仿生履齿，包括顶板（1）和履齿（2）；其特征在于：

所述履齿（2）具有竖直部（21）和弯曲部（22）；所述竖直部（21）的顶端与顶板（1）的下表面固定连接在一起，该竖直部（21）的底端与弯曲部（22）的顶端固定在一起；所述弯曲部（22）向履齿的后侧弯曲，且曲率半径为R，所述竖直部（21）的高度为L，

以最大牵引力F作为目标函数，以履齿的顶端到曲率变化点的距离L为设计变量x₁，以曲率变化点的初始曲率半径R为设计变量x₂，建立仿生履齿优化数学模型如下式：

；

所述履齿（2）的高度h为130mm，宽度b为850mm；所述L=0，R=151mm。

2.根据权利要求1所述的仿生履齿，其特征在于，所述履齿（2）的顶端焊接在顶板（1）上。

3.根据权利要求1所述的仿生履齿，其特征在于，所述履齿（2）的前侧面和后侧面均设有加劲肋，该加劲肋连接在履齿（2）顶部与顶板（1）之间。

4.根据权利要求1所述的仿生履齿，其特征在于，所述顶板（1）具有与链轨固定的结构。

5.根据权利要求4所述的仿生履齿，其特征在于，所述顶板开有螺栓孔，该顶板通过螺栓与所述链轨固定连接在一起。

6.根据权利要求1所述的仿生履齿，其特征在于，所述履齿（2）整体呈水牛蹄形。

7.一种深海集矿机，包括链轨和装在链轨上的多个履齿；其特征在于，所述履齿为权利要求1-6中任一项所述的仿生履齿。

8.一种如权利要求1-6中任一项所述的仿生履齿的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、根据水牛蹄的几何轮廓建立了仿生履齿的几何曲面模型图，其中履齿齿顶到履齿曲率变化点的距离为L，履齿曲率半径为R；

S2、以最大牵引力F作为目标函数，以履齿的顶端到曲率变化点的距离L为设计变量x₁，以曲率变化点的初始曲率半径R为设计变量x₂；建立仿生履齿优化数学模型如下式：

S3、在的范围内，随着x₁和x₂的增加，牵引力F呈现先减小后增大的趋势，故以F与齿顶到曲率变化点的距离L和变化点初始曲率半径R所得的二次响应回归方程为基础，建立仿生履齿优化数学模型如式所示：

S4、考虑到集矿机的仿生履齿高度取130mm，牛蹄角曲率变化点的角度小于60°，故设计变量 x₁、x₂的约束条件如下：

其中；定义为齿型参数约束方程，m就是约束方程的个数；

对目标函数进行优化，得到最优解为：x₁= 0，x₂=151，F_max= 632.67，其中F_max即为最大牵引力。