本發(fā)明涉及領(lǐng)域，具體涉及一種設(shè)計(jì)方法、物體表面紋理、防滑結(jié)構(gòu)及機(jī)械裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的物體表面紋理，一般針對(duì)不同的物品(如輪胎、鞋底、手套，機(jī)械手表面等)采用不同的紋理設(shè)計(jì)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)方法或加工工藝繁瑣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一為此，本發(fā)明提出一種設(shè)計(jì)方法。

本發(fā)明實(shí)施方式的設(shè)計(jì)方法，用于設(shè)計(jì)物體表面紋理，所述設(shè)計(jì)方法包括以下步驟：

確定步驟，利用Bricard機(jī)構(gòu)確定正方體及投影面；所述Bricard機(jī)構(gòu)包括六根相同的連桿，六根所述連桿通過鉸鏈依次相連，所述連桿的軸線與所述連桿兩端的所述鉸鏈的軸線共面且確定所述正方體的面，所述連桿兩端的所述鉸鏈的軸線相互垂直；所述鉸鏈的軸線確定所述正方體的六根棱；六根所述連桿的軸線共面且確定所述投影面；所述投影面將所述正方體的每個(gè)面分割為三角形區(qū)域及五邊形區(qū)域；

曲線生成步驟，在所述三角形區(qū)域以所述正方體的棱的中點(diǎn)為端點(diǎn)做曲線，所述曲線在所述投影面的正投影連接形成圓形，所述曲線位于與所述投影面垂直的圓柱曲面；及

紋理生成步驟，根據(jù)所述曲線生成所述物體表面紋理。

在某些實(shí)施方式中，所述紋理生成步驟包括：

展開子步驟，將所述圓柱曲面展開為展開平面，所述曲線隨所述圓柱曲面展開以得到位于所述展開平面的紋理曲線；及

紋理生成子步驟，根據(jù)所述紋理曲線生成所述物體表面紋理。

在某些實(shí)施方式中，所述紋理生成子步驟包括：

將至少兩條所述紋理曲線以相同的相位排列以生成所述物體表面紋理，至少兩條所述紋理曲線的零軸線平行。

在某些實(shí)施方式中，所述紋理生成子步驟包括：

將至少兩條所述紋理曲線以不同的相位排列以生成所述物體表面紋理，至少兩條所述紋理曲線的對(duì)稱軸平行。

在某些實(shí)施方式中，所述紋理生成子步驟包括：

調(diào)節(jié)所述紋理曲線的振幅或/及波長(zhǎng)以生成不同的所述物體表面紋理。

本發(fā)明實(shí)施方式的物體表面紋理包括所述紋理曲線，所述紋理曲線為沿零軸線波動(dòng)的連續(xù)曲線。

在某些實(shí)施方式中，所述表面紋理曲線為多根，所述多根紋理曲線的零軸線平行。

在某些實(shí)施方式中，所述多根紋理曲線的零軸線距離相等或不等。

在某些實(shí)施方式中，所述多根紋理曲線的相位相同或不同。

在某些實(shí)施方式中，所述紋理曲線的橫截面為圓形、橢圓形、四邊形或多邊形。

本發(fā)明還提供一種防滑結(jié)構(gòu)，所述防滑結(jié)構(gòu)包括所述物體表面紋理。

本發(fā)明還提供一種機(jī)械裝置，所述機(jī)械裝置包括上述實(shí)施方式所述的防滑結(jié)構(gòu)。

在某些實(shí)施方式中，所述機(jī)械裝置包括輪胎或機(jī)械手。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施方式的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1為本發(fā)明實(shí)施方式的設(shè)計(jì)方法的流程示意圖。

圖2(1)至圖2(3)為本發(fā)明實(shí)施方式的Bricard機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施方式的正方體及Bricard機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4(1)及圖4(2)為本發(fā)明實(shí)施方式的正方體及Bricard機(jī)構(gòu)的確定曲線的示意圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施方式的設(shè)計(jì)方法的另一個(gè)流程示意圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)施方式的展開平面及紋理曲線的示意圖。

圖7(1)及圖7(2)分別為本發(fā)明實(shí)施方式的紋理曲線及其構(gòu)成的物體表面紋理的示意圖。

圖8(1)及圖8(2)分別為本發(fā)明實(shí)施方式的紋理曲線及其構(gòu)成的物體表面紋理的另一個(gè)示意圖。

圖9為本發(fā)明實(shí)施方式的紋理曲線調(diào)整波長(zhǎng)或振幅的原理示意圖。

圖10(1)及圖10(2)為本發(fā)明實(shí)施方式的防滑結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖11為本發(fā)明實(shí)施方式的防滑結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖。

圖12為本發(fā)明實(shí)施方式的機(jī)械裝置的立體示意圖及側(cè)視示意圖。

圖13為本發(fā)明實(shí)施方式的測(cè)試系統(tǒng)的示意圖。

圖14為本發(fā)明實(shí)施方式的測(cè)試結(jié)果的示意圖。

圖15為本發(fā)明實(shí)施方式的輪胎質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，實(shí)施方式的示例在附圖中示出，其中相同或類似的標(biāo)號(hào)自始至終表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明的實(shí)施方式，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限制。

請(qǐng)參閱圖1-3，本發(fā)明實(shí)施方式的設(shè)計(jì)方法，用于設(shè)計(jì)物體表面紋理10(請(qǐng)參圖7(2)及圖8(2))。設(shè)計(jì)方法包括以下步驟：

步驟S1，利用Bricard機(jī)構(gòu)100確定正方體200及投影面130。Bricard機(jī)構(gòu)100包括六根相同的連桿110，六根連桿110通過鉸鏈120依次相連，連桿的軸線111與連桿110兩端的鉸鏈的軸線121共面且確定正方體200的面，連桿110兩端的鉸鏈的軸線121相互垂直。鉸鏈的軸線121確定正方體200的六根棱。六根連桿的軸線111共面且確定投影面130。投影面130將正方體200的每個(gè)面分割為三角形區(qū)域210及五邊形區(qū)域220。

連桿110相同主要指連桿110的長(zhǎng)短、粗細(xì)相同。六根連桿110的軸線111共面，加上連桿110的長(zhǎng)短相同，連桿110的軸線111在投影面130內(nèi)構(gòu)成正六邊形。連桿110的軸線111與連桿110兩端的鉸鏈120的軸線121共面，且連桿110兩端的鉸鏈120的軸線121相互垂直，說明連桿110的軸線111與連桿110兩端的鉸鏈120的延長(zhǎng)線可構(gòu)成等腰直角三角形，且確定正方體200的面，也就是說相鄰的連桿110確定相鄰的正方體200的面。由于連桿110的長(zhǎng)短相同，所以等腰直角三角形全等，因此鉸鏈120的中點(diǎn)恰好位于正方體200的棱的中點(diǎn)。

連桿的軸線111確定的面為投影面130，投影面130將正方體200的每個(gè)面分割為三角形區(qū)域210及五邊形區(qū)域220，三角形區(qū)域210即為上述的等腰直角三角形界定的區(qū)域，五邊形區(qū)域220即為正方體200的面除去等腰直角三角形界定的區(qū)域之外的區(qū)域。

也即是說，投影面130與正方體200相交于正方體200的六條棱的中點(diǎn)。投影面130與正方體200的頂面240及底面250相交于兩個(gè)相鄰棱的中點(diǎn)，將頂面240及底面250分為三角形區(qū)域210及五邊形區(qū)域220，只是頂面240的三角形區(qū)域210與底面250的五邊形區(qū)域220相對(duì)，頂面240的五邊形區(qū)域220與底面250的三角形區(qū)域210相對(duì)。

請(qǐng)參閱圖4，本發(fā)明實(shí)施方式的設(shè)計(jì)方法還包括：

步驟S2，在三角形區(qū)域210內(nèi)以正方體200的棱的中點(diǎn)為端點(diǎn)做曲線211，曲線211在投影面130的正投影310連接形成圓形，曲線211位于與投影面130垂直的圓柱曲面300。

也即是說，圓柱曲面300與投影面130垂直，圓柱曲面300在投影面130的投影310即為曲線211在投影面130的正投影310，且正投影310與連桿110軸線111的相交點(diǎn)構(gòu)成的正六邊形的六個(gè)頂點(diǎn)。而圓柱曲面300與正方體200的三角形區(qū)域210相交而形成的曲線即為曲線211。

本發(fā)明實(shí)施方式的設(shè)計(jì)方法還包括：

步驟S3，根據(jù)曲線211生成物體表面紋理10。

曲線211位于與投影面130垂直的圓柱曲面300上，因此可應(yīng)用于環(huán)狀或柱狀的物體(如茶杯、輪胎)的表面作為物體表面紋理10。在圓柱曲面300的曲率大小(或者說圓柱的圓形截面的圓的大小)確定的情況下，曲線211的周期、振幅等參數(shù)也就唯一確定了，因此，可根據(jù)環(huán)狀或柱狀物體的大小快速設(shè)計(jì)出對(duì)應(yīng)的曲線211作為物體表面紋理樣式，設(shè)計(jì)方法及加工工藝簡(jiǎn)潔。此外，由于曲線211平滑無折角，設(shè)計(jì)出的物體表面紋理不易積存污垢。

請(qǐng)參閱圖5-6，在某些實(shí)施方式中，步驟S3可包括：

步驟S301，將圓柱曲面300展開為展開平面300a，曲線211隨圓柱曲面300展開得到位于展開平面300a的紋理曲線213；及

步驟S302，根據(jù)紋理曲線213生成物體表面紋理10。

也即是說，物體表面紋理10包括紋理曲線213。根據(jù)上面討論的實(shí)施方式可知，紋理曲線213為沿零軸線波動(dòng)的連續(xù)曲線。物體表面紋理10可以包括多根紋理曲線213。多根紋理曲線213可以根據(jù)需要設(shè)置，例如多根或者部分紋理曲線213的零軸線可以平行，或者相交。在多根紋理曲線213的零軸線平行的情況下，多根或者部分紋理曲線213的零軸線可以等距離設(shè)置，或者變化距離設(shè)置。在多根紋理曲線213的零軸線平行的情況下，多根或者部分紋理曲線213還可以同相位設(shè)置，或者存在相位差。

以下以兩個(gè)具體的例子幫助說明如何根據(jù)紋理曲線213生成物體表面紋理10，但可以理解，例子僅用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式，不應(yīng)對(duì)本發(fā)明造成限制。

請(qǐng)參閱圖7，在某些實(shí)施方式中，在步驟S302中，可將至少兩條紋理曲線213以相同的相位排列以生成物體表面紋理10，至少兩條紋理曲線213的零軸線平行。

可以理解，紋理曲線213的相位概念與正弦曲線的相位的概念類似，紋理曲線213與零軸線相交且右側(cè)的紋理曲線213位于零軸線上方的一點(diǎn)可以作為一個(gè)周期的起點(diǎn)，或者稱為零相位點(diǎn)。相鄰兩個(gè)零相位點(diǎn)之間為一個(gè)周期。

請(qǐng)參閱圖7(1)，在紋理曲線213上任選一點(diǎn)作為觀察點(diǎn)A，觀察點(diǎn)A在周期中的位置決定了觀察點(diǎn)A的相位。例如若觀察點(diǎn)A位于周期的起點(diǎn)，其相位設(shè)為0，若位于周期的終點(diǎn)，其相位設(shè)為1。觀察點(diǎn)A的橫坐標(biāo)與周期的起點(diǎn)的橫坐標(biāo)的差值占整個(gè)周期的長(zhǎng)度的比值為觀察點(diǎn)A的相位。

本實(shí)施方式中將至少兩條紋理曲線213以相同的相位排列，也就是說在橫軸上取任意一點(diǎn)A，在至少兩條紋理曲線213上的對(duì)應(yīng)的點(diǎn)A’的相位值是相同的。例如曲線211的零相位點(diǎn)總是對(duì)應(yīng)紋理曲線213的零相位點(diǎn)，曲線211的極大值點(diǎn)總是對(duì)應(yīng)紋理曲線213的極大值點(diǎn)。如此，設(shè)計(jì)出的物體表面紋理10在橫軸方向(即紋理曲線213的延伸方向)上阻力較小，而在縱軸方向上的阻力較大，可應(yīng)用于某些特定領(lǐng)域。

請(qǐng)參閱圖8，在某些實(shí)施方式中，在步驟S302中，將至少兩條紋理曲線213以不同的相位排列以生成物體表面紋理10，至少兩條紋理曲線213的對(duì)稱軸平行。

也就是說在橫軸上取任意觀察點(diǎn)B，其在至少兩條紋理曲線213上的對(duì)應(yīng)的觀察點(diǎn)B’的相位值是不同的。如此，設(shè)計(jì)出的物體表面紋理10在橫軸方向(即紋理曲線213的延伸方向)可產(chǎn)生較大的阻力，可根據(jù)需要的阻力系數(shù)的大小來設(shè)計(jì)不同的相位差。還可產(chǎn)生一定的美觀效果。

請(qǐng)參閱圖8(2)，可將多條同為第一相位的紋理曲線213與另外多條同為第二相位的紋理曲線213交疊到一起，設(shè)計(jì)成具有較好防滑效果及美觀度的物體表面紋理10。

可以理解，將展開平面300a上的紋理曲線213可作為物體的平滑表面的紋理，例如，作為塑膠地板、手機(jī)外殼表面的防滑紋理。同時(shí)，通過將展開平面300a進(jìn)行彎轉(zhuǎn)、變形等可得到各種類型的曲面，紋理曲線213隨展開平面300a彎轉(zhuǎn)、變形，可設(shè)計(jì)出針對(duì)各種類型曲面的物體表面紋理10。

綜上，本發(fā)明實(shí)施方式的曲線211或紋理曲線213并不局限應(yīng)用于圓柱曲面300或平面，而是可拓展應(yīng)用到各種類型的曲面。如此，可針對(duì)物體的各種類型曲面表面設(shè)計(jì)出對(duì)應(yīng)的紋理樣式。

請(qǐng)參閱圖9，在某些實(shí)施方式中，步驟S302包括：

通過調(diào)節(jié)紋理曲線213的振幅或/及波長(zhǎng)以生成不同的物體表面紋理10。

與正弦曲線中的概念類似，本發(fā)明的實(shí)施方式中的振幅可以指紋理曲線213的極大值(即波峰縱坐標(biāo))。波長(zhǎng)可以指周期的長(zhǎng)度。調(diào)節(jié)振幅或波長(zhǎng)，可以使設(shè)計(jì)出的物體表面紋理10呈現(xiàn)出不同視覺效果的圖案，還可以改變物體表面紋理10在不同方向上的阻力系數(shù)。

本發(fā)明實(shí)施方式的物體表面紋理10可采用上述實(shí)施方式的設(shè)計(jì)方法生成。

請(qǐng)參閱圖10，本發(fā)明實(shí)施方式的防滑結(jié)構(gòu)可采用上述實(shí)施方式的物體表面紋理10。例如，采用圖7(2)中的防滑紋理可制作圖10(1)中的防滑結(jié)構(gòu)，或者采用圖8(2)中的防滑紋理可制作出圖10(2)中的防滑結(jié)構(gòu)。

請(qǐng)參閱圖11，在本實(shí)施方式的防滑結(jié)構(gòu)中，防滑結(jié)構(gòu)可包括應(yīng)用物體表面紋理10的凸起紋理或凹槽紋理。紋理曲線213的橫截面可包括圓形、橢圓形、四邊形、多邊形或其他根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)的形狀。

請(qǐng)參閱圖12，在本發(fā)明實(shí)施方式的機(jī)械裝置包括防滑結(jié)構(gòu)，機(jī)械裝置可以是輪胎或機(jī)械手，本實(shí)施方式中，機(jī)械裝置為輪胎。

請(qǐng)參閱圖13-15，對(duì)于采用本發(fā)明實(shí)施方式的防滑結(jié)構(gòu)或物體表面紋理10的輪胎，進(jìn)行了摩擦力測(cè)試。

請(qǐng)參閱圖13，測(cè)試系統(tǒng)600包括輪胎530、連接組件610、鋼絲套環(huán)630、拉力傳感器650等。

所用輪胎530材質(zhì)為常用的輪胎530材質(zhì)。測(cè)試在水泥地面進(jìn)行。首先使用3D打印裝置打印連接組件610，采用連接組件610將兩個(gè)輪胎530組裝到一起且保證輪胎530只能滑動(dòng)不能滾動(dòng)。在連接組件610的前軸611上對(duì)稱連接有兩個(gè)鋼絲套環(huán)630，鋼絲套環(huán)630通過鋼絲670與拉力傳感器650連接，拉力傳感器650用于測(cè)量拉力大小，當(dāng)輪胎530被瞬間拉動(dòng)的時(shí)候，拉力恰好等于最大靜摩擦力，從拉力傳感器650的顯數(shù)器651上讀取拉力示數(shù)。

請(qǐng)參閱圖14，針對(duì)兩種重量的輪胎530組進(jìn)行了測(cè)試，獲得對(duì)應(yīng)的兩組數(shù)據(jù)，第一組輪胎530組重力為34.2118N，第二組重力為52.7142N。第一組測(cè)試獲得10個(gè)數(shù)據(jù)，第二組測(cè)試獲得14個(gè)數(shù)據(jù)(不同地表的摩擦力，盡量覆蓋了所有地表)。每組測(cè)得多個(gè)拉力數(shù)據(jù)后取平均值，再根據(jù)輪胎530組的重量計(jì)算出摩擦系數(shù)，兩組對(duì)應(yīng)的摩擦系數(shù)均在0.52-0.53之間。

圖15為美國(guó)高速公路安全管理局NHTSA的《統(tǒng)一輪胎質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》的牽引力等級(jí)，在水泥地上的摩擦系數(shù)達(dá)到0.38以上則為AA級(jí)，而本發(fā)明的最終測(cè)得的輪胎530摩擦系數(shù)在0.52-0.53之間，由此可以證明，本發(fā)明實(shí)施方式的輪胎530可提供優(yōu)異的摩擦力性能，從而可防止打滑。

以上所測(cè)得的摩擦性能同樣適用于圖10所示的平面紋理防滑紋理400。

本發(fā)明實(shí)施方式的物體表面紋理10、防滑結(jié)構(gòu)或機(jī)械裝置中未展開的其它部分，可參以上實(shí)施方式的設(shè)計(jì)方法的對(duì)應(yīng)部分，在此不再詳細(xì)展開。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長(zhǎng)度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”、“順時(shí)針”、“逆時(shí)針”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)以上，除非另有明確具體的限定。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通或兩個(gè)元件的相互作用關(guān)系。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)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觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。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，或僅僅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，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語的示意性表述不必須針對(duì)的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。