一種仿鴕鳥足自適應(yīng)登山越野杖的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種仿鴕鳥足自適應(yīng)登山越野杖，是由杖桿、頂蓋、底部支撐結(jié)構(gòu)、球體構(gòu)成，球體設(shè)置在杖桿的下端，底部支撐結(jié)構(gòu)的上面與頂蓋設(shè)置有球窩，球體位于球窩中，頂蓋蓋在球體上，頂蓋通過多個(gè)連接螺釘與底部支撐結(jié)構(gòu)連接在一起，底部支撐結(jié)構(gòu)的底面中間形成有凹槽結(jié)構(gòu)，底部支撐結(jié)構(gòu)底面的前部設(shè)置有多個(gè)凸包，底部支撐結(jié)構(gòu)底面的后部設(shè)置有橢球結(jié)構(gòu)。本發(fā)明從登山杖的底部支撐結(jié)構(gòu)和杖桿旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)入手，設(shè)計(jì)出杖桿能隨使用者手臂一起繞球心轉(zhuǎn)動(dòng)且具有獨(dú)特底部支撐結(jié)構(gòu)的登山越野杖，能同時(shí)適應(yīng)草地、硬路面、泥濘路面和沙土路面的徒步旅行者使用。
【專利說明】一種仿鴕鳥足自適應(yīng)登山越野杖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于工程仿生【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種仿鴕鳥足底三維曲面及鴕鳥足跖趾關(guān)節(jié)活動(dòng)機(jī)理的仿生登山越野杖。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今，越來越多人采用登山和徒步旅行作為一個(gè)大型戶外活動(dòng)。登山或者徒步旅行是一種較好的鍛煉方法，它可以使非專業(yè)人士在合適的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度條件下，達(dá)到強(qiáng)身健體、磨練個(gè)人毅力的目的。
[0003]在戶外運(yùn)動(dòng)中，適當(dāng)?shù)乩眠\(yùn)動(dòng)裝備，經(jīng)常能獲得事半功倍的效果。登山杖或者越野杖是人們進(jìn)行戶外徒步運(yùn)動(dòng)的必備工具。登山杖可以為戶外運(yùn)動(dòng)者在徒步穿越活動(dòng)中帶來很多好處，如提高步行的穩(wěn)定性，減輕腿部的負(fù)擔(dān)。研究表明，行走時(shí)使用登山杖可以減輕至少22%施予腿部和膝蓋等肌肉關(guān)節(jié)的力量，讓腿部感覺更舒服！同時(shí)可以提高身體的動(dòng)作幅度和頻率，提升步行速度，均勻鍛煉全身肌肉，保護(hù)腰部和脊椎，降低30%的體能消耗。
[0004]目前市場上常見的登山杖種類繁多，杖頭大多數(shù)采用杖尖結(jié)構(gòu)。這種登山杖在常規(guī)硬路面或者相對(duì)較硬的路面適應(yīng)性較好，杖尖可以進(jìn)入泥土內(nèi)，達(dá)到增大牽引輔助行走的目的。但是一旦遇到松軟路面，譬如泥濘路面、沙土路面，這種杖就會(huì)插入泥土或沙土很深，牽引性能降低，并且當(dāng)使用者跨步需從泥土中拔出杖體時(shí)比較費(fèi)力，過多消耗運(yùn)動(dòng)者的體能，輔助行走的功能下降。此外，大部分登山杖的杖桿與底部結(jié)構(gòu)直接固連，在使用時(shí)隨著使用者重心的移動(dòng)，杖體繞著杖尖隨著身體一起運(yùn)動(dòng)，如果登山杖插入地面過深則無法繞杖尖轉(zhuǎn)動(dòng)而只能將杖拔出地面，從而導(dǎo)致使用者出現(xiàn)不舒適感，甚至出現(xiàn)更累的感覺。
[0005]非洲鴕鳥原產(chǎn)自非洲與阿拉伯地區(qū)，生活在遼闊的沙漠地區(qū)和大草原上，是世界上最大最重的鳥。根據(jù)鳥類屬性，鴕鳥屬于平胸類，即胸骨扁平不具龍骨突起而鎖骨退化。鴕鳥具有翅膀，但是不能飛翔，主要用于運(yùn)動(dòng)平衡作用，所以其主要運(yùn)動(dòng)能力靠強(qiáng)壯發(fā)達(dá)的后肢實(shí)現(xiàn)。鴕鳥在沙地環(huán)境中奔跑能力十分驚人，主要體現(xiàn)在穩(wěn)健、持久和高速方面。經(jīng)過測量，鴕鳥每步跨距達(dá)4-7m，持續(xù)奔跑速度約50-60km/h，而且可以堅(jiān)持半個(gè)小時(shí)以上，沖刺速度可超過70km/h，它是陸地上奔跑能力最強(qiáng)的兩足類動(dòng)物。鴕鳥優(yōu)越的奔跑和越野能力與其身體結(jié)構(gòu)、器官、羽毛、脖頸、翅膀以及腿等多方面密切相關(guān)，是多部位共同合作的結(jié)果。但是，鴕鳥足直接與沙地接觸，在其越沙過程起關(guān)健作用。由于自然進(jìn)化優(yōu)化，鴕鳥足僅剩下兩個(gè)足趾，分別為第III趾(內(nèi)趾)和第IV趾(外趾)，第III趾粗壯較為發(fā)達(dá)，朝向正前方，趾末端具有發(fā)達(dá)而堅(jiān)硬的足趾甲。第IV趾較小，長度僅為第三趾的1/2，足趾甲已經(jīng)退化。鴕鳥在奔跑過程中，只有第III趾著地，第四趾只起到保持身體平衡的作用。無論是行走還是奔跑過程，鴕鳥足第III趾足底曲面始終與地面直接接觸，因此鴕鳥足底III趾足底曲面是影響鴕鳥在沙漠/草原上快速穩(wěn)健奔跑的重要因素之一。采用工程仿生學(xué)技術(shù)，把鴕鳥足第III趾曲面形貌特征應(yīng)用到登山越野杖上，將能增強(qiáng)杖體與地面固著力，增強(qiáng)使用者身體穩(wěn)定性能，從而增大使用者的牽引力，有效輔助登山或徒步愛好者向前行走。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種仿鴕鳥足自適應(yīng)登山越野杖，本發(fā)明從登山杖的底部支撐結(jié)構(gòu)和杖桿旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)入手，設(shè)計(jì)出杖桿能隨使用者手臂一起繞球心轉(zhuǎn)動(dòng)且具有獨(dú)特底部支撐結(jié)構(gòu)的登山越野杖，能同時(shí)適應(yīng)草地、硬路面、泥濘路面和沙土路面的徒步旅行者使用。
[0007]本發(fā)明是由杖桿、頂蓋、底部支撐結(jié)構(gòu)、球體構(gòu)成，球體設(shè)置在杖桿的下端，底部支撐結(jié)構(gòu)的上面與頂蓋設(shè)置有球窩，球體位于球窩中，頂蓋蓋在球體上，頂蓋通過多個(gè)連接螺釘與底部支撐結(jié)構(gòu)連接在一起，底部支撐結(jié)構(gòu)的底面中間形成有凹槽結(jié)構(gòu)，底部支撐結(jié)構(gòu)底面的前部設(shè)置有多個(gè)凸包，底部支撐結(jié)構(gòu)底面的后部設(shè)置有橢球結(jié)構(gòu)。
[0008]所述的橢球結(jié)構(gòu)是由螺釘穿過頂蓋、底部支撐結(jié)構(gòu)固定在底部支撐結(jié)構(gòu)的底面，便于橢球結(jié)構(gòu)的安裝和拆卸。
[0009]所述的頂蓋上固定有杖桿防塵罩，杖桿防塵罩套設(shè)在杖桿的根部，當(dāng)杖桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，杖桿防塵罩上口始終與杖桿緊密接觸，防止泥土進(jìn)入旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)內(nèi)部。杖桿防塵罩的材質(zhì)為橡膠。
[0010]球體與球窩配合，可實(shí)現(xiàn)繞垂直軸任意方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)杖桿旋轉(zhuǎn)到與頂蓋上部圓形邊緣接觸時(shí)，杖桿旋轉(zhuǎn)的最大角度為25°。
[0011 ] 頂蓋與底部支撐結(jié)構(gòu)以連接螺釘連接，便于頂蓋與底部支撐結(jié)構(gòu)的安裝和拆卸。
[0012]當(dāng)仿生杖在沙土路面上使用時(shí)，底部支撐結(jié)構(gòu)的凹槽結(jié)構(gòu)起到固沙限流防滑移的作用。
[0013]底部支撐結(jié)構(gòu)的前部凸包是在底部支撐結(jié)構(gòu)上直接加工而成，凸包結(jié)構(gòu)增大了底部支撐結(jié)構(gòu)對(duì)地面的摩擦力，從而增大了使用者的牽引力。
[0014]本發(fā)明的橢球結(jié)構(gòu)的橢球面、凹槽結(jié)構(gòu)的凹槽面和緩曲面的仿生設(shè)計(jì)方法:
[0015]首先通過三維掃描儀獲取鴕鳥足第III趾底曲面三維點(diǎn)云并構(gòu)造幾何模型，把鴕鳥足第III趾足底進(jìn)行分區(qū)處理，即前掌緩曲面、中間凹槽面和足跟凸冠面。將鴕鳥足第III趾底曲面點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入到CATIA數(shù)字化設(shè)計(jì)模塊中進(jìn)行點(diǎn)云過濾，保留可體現(xiàn)曲面特征的特征點(diǎn)，并以txt文本形式導(dǎo)出特征點(diǎn)云的三維坐標(biāo)。
[0016]把前掌緩沖曲面和中間凹槽曲面的特征點(diǎn)云數(shù)據(jù)分別導(dǎo)入到Matlab軟件中進(jìn)行曲面擬合，得到兩曲面擬合后的曲面圖形，中間凹槽區(qū)曲面是一個(gè)中間低兩邊高的凹槽，前掌緩沖區(qū)擬合曲面中間部位趨于平緩，兩邊略低于中間部位，在本發(fā)明中考慮到實(shí)際應(yīng)用的需求，把前掌緩曲面簡化為一個(gè)平面。把足跟凸冠面特征點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入到SAS軟件的非線性回歸模塊中以橢圓模型進(jìn)行曲面擬合，得到擬合后的圖形，其中足跟凸冠曲面類似一個(gè)橢球面。最后根據(jù)三個(gè)曲面簡化后的特征在三維軟件中建模，曲面之間通過合理的過渡方式連接得到仿生杖支撐體。鴕鳥足底分布乳突結(jié)構(gòu)，同時(shí)參照在草地上奔跑使用的足球鞋釘，所以在該平面上分布一定數(shù)量的釘狀物(凸包)，增強(qiáng)該仿生杖與地面的摩擦力，增大使用者向前的牽引力。
[0017]本發(fā)明所涉及仿生登山杖改變了傳統(tǒng)登山杖底部為杖尖的結(jié)構(gòu)，基于鴕鳥足第III趾底三維曲面特征，采用工程仿生技術(shù)，在登山杖的底部設(shè)計(jì)了獨(dú)特支撐結(jié)構(gòu)，該支撐結(jié)構(gòu)能同時(shí)適應(yīng)草地、硬路面、泥濘路面和沙土等多種路面環(huán)境，改變傳統(tǒng)登山杖適應(yīng)單一路面環(huán)境的限制。同時(shí)本發(fā)明在杖桿末端設(shè)計(jì)球窩狀結(jié)構(gòu)，從而使杖桿可以繞底部支撐結(jié)構(gòu)任意角度旋轉(zhuǎn)，增強(qiáng)了使用者在使用時(shí)的靈活性和身體的舒適度，也使使用者在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中，杖的底部支撐結(jié)構(gòu)始終完全與地面接觸，增強(qiáng)了登山杖在使用過程中的穩(wěn)定性能，從而達(dá)到輔助人體向前運(yùn)動(dòng)的目的。
[0018]本發(fā)明的有益效果:
[0019]1、杖桿能隨使用者手臂一起繞球體的球心轉(zhuǎn)動(dòng)，增強(qiáng)了使用者在使用時(shí)的靈活性和身體的舒適度，
[0020]2、底部支撐結(jié)構(gòu)的底面具有凸包、凹槽結(jié)構(gòu)和橢球結(jié)構(gòu)，能同時(shí)適應(yīng)草地、硬路面、泥濘路面和沙土路面的徒步旅行者使用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的立體示意圖。
[0022]圖2為本發(fā)明的側(cè)視圖。
[0023]圖3為本發(fā)明的剖視圖。
[0024]圖4為本發(fā)明的杖桿最大旋轉(zhuǎn)角度示意圖。
[0025]圖5為本發(fā)明的仰視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]請(qǐng)參閱圖1、圖2、圖3、圖4和圖5所示，本發(fā)明是由杖桿1、頂蓋3、底部支撐結(jié)構(gòu)
5、球體10構(gòu)成，球體10設(shè)置在杖桿I的下端，底部支撐結(jié)構(gòu)5的上面與頂蓋3設(shè)置有球窩51，球體10位于球窩51中，頂蓋3蓋在球體10上，頂蓋3通過多個(gè)連接螺釘4與底部支撐結(jié)構(gòu)5連接在一起，底部支撐結(jié)構(gòu)5的底面中間形成有凹槽結(jié)構(gòu)8，底部支撐結(jié)構(gòu)5底面的前部設(shè)置有多個(gè)凸包9，底部支撐結(jié)構(gòu)5底面的后部設(shè)置有橢球結(jié)構(gòu)7。
[0027]所述的橢球結(jié)構(gòu)7是由螺釘6穿過頂蓋3、底部支撐結(jié)構(gòu)5固定在底部支撐結(jié)構(gòu)5的底面，便于橢球結(jié)構(gòu)7的安裝和拆卸。
[0028]所述的頂蓋3上固定有杖桿防塵罩2，杖桿防塵罩2套設(shè)在杖桿I的根部，當(dāng)杖桿I旋轉(zhuǎn)時(shí)，杖桿防塵罩2上口始終與杖桿I緊密接觸，防止泥土進(jìn)入旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)內(nèi)部。杖桿防塵罩2的材質(zhì)為橡膠。
[0029]球體10與球窩51配合，可實(shí)現(xiàn)繞垂直軸任意方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)杖桿I旋轉(zhuǎn)到與頂蓋3上部圓形邊緣接觸時(shí)，杖桿I旋轉(zhuǎn)的最大角度為25。，如圖4所示。
[0030]頂蓋3與底部支撐結(jié)構(gòu)5以連接螺釘4連接，便于頂蓋3與底部支撐結(jié)構(gòu)5的安裝和拆卸。
[0031]當(dāng)仿生杖在沙土路面上使用時(shí)，底部支撐結(jié)構(gòu)5的凹槽結(jié)構(gòu)8起到固沙限流防滑移的作用。
[0032]底部支撐結(jié)構(gòu)5的前部凸包9是在底部支撐結(jié)構(gòu)5上直接加工而成，凸包9結(jié)構(gòu)增大了底部支撐結(jié)構(gòu)5對(duì)地面的摩擦力，從而增大了使用者的牽引力。
【權(quán)利要求】
1.一種仿鴕鳥足自適應(yīng)登山越野杖，其特征在于:是由杖桿(I)、頂蓋(3)、底部支撐結(jié)構(gòu)(5)、球體(10)構(gòu)成，球體(10)設(shè)置在杖桿(I)的下端，底部支撐結(jié)構(gòu)(5)的上面與頂蓋(3)設(shè)置有球窩(51)，球體(10)位于球窩(51)中，頂蓋(3)蓋在球體(10)上，頂蓋(3)通過多個(gè)連接螺球釘(4)與底部支撐結(jié)構(gòu)(5)連接在一起，底部支撐結(jié)構(gòu)(5)的底面中間形成有凹槽結(jié)構(gòu)(8)，底部支撐結(jié)構(gòu)(5)底面的前部設(shè)置有多個(gè)凸包(9)，底部支撐結(jié)構(gòu)(5)底面的后部設(shè)置有橢球結(jié)構(gòu)(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿鴕鳥足自適應(yīng)登山越野杖，其特征在于:所述的橢球結(jié)構(gòu)(7)是由螺釘6穿過頂蓋(3)、底部支撐結(jié)構(gòu)(5)固定在底部支撐結(jié)構(gòu)(5)的底面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿鴕鳥足自適應(yīng)登山越野杖，其特征在于:所述的頂蓋(3)上固定有杖桿防塵罩(2)，杖桿防塵罩(2)套設(shè)在杖桿(I)的根部。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種仿鴕鳥足自適應(yīng)登山越野杖，其特征在于:所述杖桿防塵罩(2)的材質(zhì)為橡膠。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿鴕鳥足自適應(yīng)登山越野杖，其特征在于:所述的球體(10)與球窩(51)配合，實(shí)現(xiàn)繞垂直軸任意方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)杖桿(I)旋轉(zhuǎn)到與頂蓋(3)上部圓形邊緣接觸時(shí)，杖桿(I)旋轉(zhuǎn)的最大角度為25。。
【文檔編號(hào)】A45B7/00GK104000362SQ201410264921
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年6月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月14日
【發(fā)明者】張銳, 楊明明, 潘潤鐸, 羅剛, 薛書亮, 周桂芬, 李建橋 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)