專(zhuān)利名稱(chēng)：一種仿生越沙杖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種旅行杖，特別涉及一種仿生越沙杖。
背景技術(shù)：
旅行杖是人們從事登山、穿越沙漠、戈壁探險(xiǎn)等徒步戶(hù)外運(yùn)動(dòng)時(shí)使用的輔助器械。 旅行杖為長(zhǎng)途徒步戶(hù)外旅行、探險(xiǎn)及探測(cè)等活動(dòng)帶來(lái)很多好處，如提高步行的穩(wěn)定性，減輕腿部的負(fù)擔(dān)，增加步行的速度等。研究表明，徒步旅行時(shí)使用旅行杖可以減輕至少22%施予腿部和膝蓋等肌肉關(guān)節(jié)的力量，從而減少因疲勞而引起的關(guān)節(jié)和肌肉疼痛。近年來(lái)，隨著沙漠旅游和探險(xiǎn)的日益興起，同時(shí)沙漠地區(qū)礦藏勘察工作的逐步展開(kāi)，沙漠旅行設(shè)備已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。目前市場(chǎng)上專(zhuān)門(mén)針對(duì)沙漠旅行的設(shè)備很少，驢友們穿越沙漠旅行時(shí)使用的旅行杖通常采用傳統(tǒng)的登山杖。由于傳統(tǒng)登山杖主要是針對(duì)山坡、灌木叢區(qū)等泥質(zhì)地面的越野運(yùn)動(dòng)而設(shè)計(jì)的，因此該類(lèi)旅行杖的越沙性能較差。使用傳統(tǒng)登山杖在松軟沙漠中旅行時(shí)，杖身和杖尖經(jīng)常會(huì)發(fā)生沉陷、滑移等現(xiàn)象。這樣旅行杖不但沒(méi)有起到輔助旅行、減輕疲勞的作用，反而成為旅行者的負(fù)擔(dān)。沉陷、滑移現(xiàn)象一直是沙漠運(yùn)行設(shè)備的技術(shù)難點(diǎn)。如果能有效地解決傳統(tǒng)登山杖在沙漠使用中的沉陷、滑移等不利現(xiàn)象， 提高它的越沙性能，讓使用者更好地完成在沙漠地帶的旅行、勘探等作業(yè)，將對(duì)沙漠地帶的開(kāi)發(fā)具有重要的實(shí)際意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有旅行杖和登山杖不適合在沙漠中使用的問(wèn)題，而提供一種在沙漠中使用的仿生越沙杖。在生物界里，經(jīng)過(guò)35億年的進(jìn)化和生存競(jìng)爭(zhēng)，產(chǎn)生了很多可在各種環(huán)境表面上無(wú)障礙運(yùn)動(dòng)的高手，如壁虎、蜘蛛、蛇、蒼蠅和蝗蟲(chóng)等。通過(guò)自然界物競(jìng)天擇和長(zhǎng)期的進(jìn)化，它們對(duì)自然環(huán)境已經(jīng)具有高度的適應(yīng)性，運(yùn)動(dòng)機(jī)能和器官結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比人類(lèi)曾經(jīng)制造的機(jī)械更為完善。在工程技術(shù)領(lǐng)域，仿生應(yīng)用產(chǎn)品越來(lái)越多，例如減黏降阻仿生犁壁、仿生步行輪等，在工程實(shí)際應(yīng)用中均產(chǎn)生了很好效果。鴕鳥(niǎo)原產(chǎn)于非洲和阿拉伯沙漠溫差較大的地區(qū)，主要生活在空曠的沙漠地帶和干燥無(wú)樹(shù)的大草原。鴕鳥(niǎo)屬于平胸類(lèi)鳥(niǎo)，胸骨扁平不具龍骨突起，鎖骨退化，前肢演化成翅膀， 已經(jīng)退化不能飛翔，但后肢強(qiáng)壯而有力，在沙地環(huán)境中具有神奇的穩(wěn)健、持久和高速奔跑能力，是鳥(niǎo)類(lèi)中名副其實(shí)的賽跑健將，也是陸地上跑得最快的兩條腿動(dòng)物。鴕鳥(niǎo)的優(yōu)異越沙能力是身體結(jié)構(gòu)、器官、脖頸、翅膀(前肢)以及后肢(腿和足)等多方面共同作用的結(jié)果。其中，鴕鳥(niǎo)足承載鴕鳥(niǎo)體重，直接與沙地接觸并參與運(yùn)動(dòng)，在越沙過(guò)程中的作用至關(guān)重要。鴕鳥(niǎo)足部?jī)H兩趾(第III、IV趾)，內(nèi)趾(第III趾)較大，具有堅(jiān)硬的爪，外趾(第IV趾)則無(wú)爪，趾的下面有角質(zhì)的肉墊，富有彈性并能隔熱，這些特殊結(jié)構(gòu)結(jié)合特殊運(yùn)動(dòng)方式是鴕鳥(niǎo)足在行走和奔跑時(shí)具有超強(qiáng)的抗沉陷和抗滑移性能的關(guān)鍵因素。以鴕鳥(niǎo)足結(jié)構(gòu)和越沙機(jī)制為理論依據(jù)，采用工程仿生學(xué)技術(shù)，研制適用于沙漠環(huán)境中旅行、探險(xiǎn)及勘探等長(zhǎng)期徒步活
3動(dòng)的仿生越沙杖具有實(shí)際意義和應(yīng)用前景。本發(fā)明是以鴕鳥(niǎo)足結(jié)構(gòu)和越沙機(jī)制為理論依據(jù)，采用工程仿生學(xué)技術(shù)，設(shè)計(jì)適用于沙漠環(huán)境中旅行、探險(xiǎn)及勘探等長(zhǎng)期徒步活動(dòng)的仿生越沙杖。本發(fā)明是由杖身、杖托和杖尖組成，杖身螺接在杖托的上方的上托盤(pán)中，杖尖呈圓錐狀，杖尖螺接在杖托的下方的下托盤(pán)中，杖托是由上托盤(pán)、多根上支架桿、多根下支架桿、 回位彈簧、下托盤(pán)和二張柔性蒙皮組成，回位彈簧固定在上托盤(pán)和下托盤(pán)之間，多根上支架桿的上端鉸接在上托盤(pán)的外緣，與上支架桿數(shù)量相同的下支架桿的下端鉸接在下托盤(pán)的外緣，下支架桿的上端鉸接在相對(duì)應(yīng)的上支架桿的下段處，多根上支架桿的外周覆設(shè)柔性蒙皮，多根下支架桿的外周覆設(shè)柔性蒙皮。所述的柔性蒙皮是由二層工業(yè)布中間夾設(shè)高彈性橡膠，以縫合線縫合而成。所述的杖身為多節(jié)結(jié)構(gòu)，由套管套接而成。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明在沙漠中使用具有抗沉陷和防滑移的優(yōu)越性能，有效地提高了使用者在沙漠中長(zhǎng)途徒步行走的通過(guò)能力，真正起到了越沙輔助器械的作用。仿生越沙杖在沙漠中入沙和出沙過(guò)程中均具有明顯的技術(shù)效果。當(dāng)越沙杖的杖頭部分入沙時(shí)，杖托的下托盤(pán)和杖尖首先著沙，隨著承載重量的增加，杖托克服彈簧的反作用力，頂角α逐漸增大，上下支架桿夾角β逐漸減小，促使下支架桿形成的表面逐步與沙面接觸，并承載一定的重量，最后上支架桿形成的部分內(nèi)表面(外懸部分)也與沙面全部接觸；隨著下托盤(pán)的繼續(xù)上升，頂角 α越過(guò)極限值60°后，將會(huì)稍微減小，上支架桿也會(huì)向內(nèi)稍微收縮，起到固沙的作用，直至下托盤(pán)運(yùn)動(dòng)到極限位置，處于完全承載狀態(tài)。此時(shí)由杖身傳遞的負(fù)荷幾乎全部施加于杖托， 作用在杖托下表面與沙面接觸的各個(gè)位置。這時(shí)杖尖屬于低負(fù)載或零負(fù)載狀態(tài)，杖尖不會(huì)繼續(xù)下陷，杖尖周?chē)纳匙釉谡韧惺茌d作用下不斷縮緊，有效地防止了杖尖晃動(dòng)和滑移。當(dāng)越沙杖的杖頭部分出沙時(shí)，隨著杖身負(fù)荷的撤消，杖托在彈簧的反作用力作用下，上支架桿外懸部分形成與沙面接觸的表面首先與沙面分離，下支架桿形成與沙面接觸的表面隨之與沙面分離，下托盤(pán)與沙面接觸的表面和杖尖最后離開(kāi)沙面。這種逐級(jí)卸載的方式，逐漸減少了杖頭部分與沙地的接觸面積，加之杖尖與上支架桿尖端都是倒圓錐形，有效地減少了杖頭部分對(duì)沙子的沖擊擾動(dòng)，防止了杖頭部分產(chǎn)生“挑沙”現(xiàn)象。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的立體示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例之杖托的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例之杖托上的柔性蒙皮示意圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施例之杖托上的柔性蒙皮截面示意圖。圖5是本發(fā)明使用時(shí)杖托的初始狀態(tài)示意圖。圖6是本發(fā)明使用時(shí)杖托的承載中間狀態(tài)示意圖。圖7是本發(fā)明使用時(shí)杖托的承載極限狀態(tài)示意圖。
具體實(shí)施方請(qǐng)參閱圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明是由杖身1、套管2、杖托3和杖尖5組成，杖身1為多節(jié)結(jié)構(gòu)，由套管2套接而成，杖身1螺接在杖托3上方的上托盤(pán)6中，杖尖5呈圓錐狀，杖尖5螺接在杖托3的下方的下托盤(pán)12中，杖托3是由上托盤(pán)6、八根上支架桿9、八根下支架桿11、回位彈簧10、下托盤(pán)12和二張柔性蒙皮4組成，回位彈簧10固定在上托盤(pán) 6和下托盤(pán)12之間，八根上支架桿9的上端通過(guò)螺栓8和螺母7鉸接在上托盤(pán)6的外緣，八根下支架桿11的下端通過(guò)螺栓8和螺母7鉸接在下托盤(pán)12的外緣，下支架桿11的上端通過(guò)螺栓8和螺母7鉸接在相對(duì)應(yīng)的上支架桿9的下段處，八根上支架桿9的外周覆設(shè)柔性蒙皮4，八根下支架桿11的外周覆設(shè)柔性蒙皮4。如圖3和圖4所示，所述的柔性蒙皮4是由二層工業(yè)布41中間夾設(shè)高彈性橡膠 42，以縫合線43縫合而成。本發(fā)明的使用狀態(tài)如下1、初始狀態(tài)如圖1和圖5所示，杖尖5和杖托3的下托盤(pán)12觸沙，杖尖5的最頂端插入沙表面，同時(shí)，杖托3的下托盤(pán)12剛剛接觸到沙表面，此時(shí)回位彈簧10還沒(méi)有受力， 整個(gè)杖托3處于初始狀態(tài)，此時(shí)，α =30°，β = 120°。2、承載中間狀態(tài)如圖6所示，下托盤(pán)12與下支架桿11處于同一直線上，頂角α 達(dá)到極限值，此時(shí)杖托3與沙面接觸面積達(dá)到最大值，此時(shí)，α =60°，β = 30°。3、承載極限狀態(tài)如圖7所示，隨著負(fù)載增加，下托盤(pán)12不斷向上運(yùn)動(dòng)，直到回位彈簧10達(dá)到極限，此時(shí)杖托3處于極限承載狀態(tài)，從承載中間狀態(tài)開(kāi)始，頂角α就要小于 60度，使得上支架桿9向內(nèi)收縮，起到收縮固沙的作用。此時(shí)杖頭內(nèi)所包容沙量達(dá)到最大值，此時(shí)，α = 55°，β = 14°。本發(fā)明的工作原理是沙漠中的沙子松軟，流動(dòng)性大，對(duì)作用力反應(yīng)敏感，當(dāng)杖托3剛接觸沙面時(shí)，杖尖5 已插入沙中，杖尖5擠壓沙子向周?chē)鷶U(kuò)散，下托盤(pán)12克服回位彈簧10的作用力向上運(yùn)動(dòng)， 同時(shí)沙子在下托盤(pán)12的反作用力下被壓實(shí)。隨著下托盤(pán)12接觸沙量的不斷增加，沙子則向下托盤(pán)12周?chē)鞒?，進(jìn)入下支架桿11形成的表面中。隨著沙量的繼續(xù)增加，沙子欲向杖頭外流出，但由于上支架桿9外懸部分形成的表面是向內(nèi)傾斜的，因此沙子只能積累在杖托3 內(nèi)，杖托3內(nèi)的沙子逐漸被壓實(shí)。當(dāng)頂角α越過(guò)極限值后，上支架桿9形成的表面向內(nèi)收縮，收縮過(guò)程中進(jìn)一步擠壓杖托3內(nèi)的沙子。當(dāng)進(jìn)入承載極限狀態(tài)時(shí)，由杖身1傳遞的作用力幾乎全部施加于杖托3內(nèi)的沙子上，同時(shí)下部的沙子也對(duì)杖托3內(nèi)的沙子產(chǎn)生作用力，從而對(duì)杖托3內(nèi)的沙子形成上下擠壓的效果。通過(guò)周?chē)?、上下各個(gè)方向的收縮擠壓，杖托3內(nèi)的沙子形成“暫態(tài)固體”。此時(shí)承載力作用在一個(gè)大面積的“暫態(tài)固體”上，同時(shí)杖尖5已經(jīng)扎入此“暫態(tài)固體”中，從而達(dá)到抗沉陷和防滑移的效果，承載力也比傳統(tǒng)旅行杖增大數(shù)倍。
權(quán)利要求
1.一種仿生越沙杖，其特征在于是由杖身(1)、杖托⑶和杖尖(5)組成，杖身⑴螺接在杖托⑶上方的上托盤(pán)(6)中，杖尖(5)呈圓錐狀，杖尖(5)螺接在杖托(3)的下方的下托盤(pán)(12)中，杖托(3)是由上托盤(pán)(6)、多根上支架桿(9)、多根下支架桿(11)、回位彈簧(10)、下托盤(pán)(12)和二張柔性蒙皮(4)組成，回位彈簧(10)固定在上托盤(pán)(6)和下托盤(pán)(12)之間，多根上支架桿(9)的上端鉸接在上托盤(pán)(6)的外緣，與上支架桿(9)數(shù)量相同的下支架桿(11)的下端鉸接在下托盤(pán)(12)的外緣，下支架桿(11)的上端鉸接在相對(duì)應(yīng)的上支架桿(9)的下段處，多根上支架桿(9)的外周覆設(shè)柔性蒙皮(4)，多根下支架桿(11) 的外周覆設(shè)柔性蒙皮(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生越沙杖，其特征在于所述的柔性蒙皮(4)是由二層工業(yè)布(41)中間夾設(shè)高彈性橡膠(42)，以縫合線(43)縫合而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種仿生越沙杖，其特征在于所述的杖身(1)為多節(jié)結(jié)構(gòu)，由套管(2)套接而成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種仿生越沙杖，是由杖身、杖托和杖尖組成，杖身螺接在杖托的上方的上托盤(pán)中，杖尖呈圓錐狀，杖尖螺接在杖托的下方的下托盤(pán)中，杖托是由上托盤(pán)、多根上支架桿、多根下支架桿、回位彈簧、下托盤(pán)和二張柔性蒙皮組成，回位彈簧固定在上托盤(pán)和下托盤(pán)之間，多根上支架桿的上端鉸接在上托盤(pán)的外緣，與上支架桿數(shù)量相同的下支架桿的下端鉸接在下托盤(pán)的外緣，下支架桿的上端鉸接在相對(duì)應(yīng)的上支架桿的下段處，多根上支架桿的外周和多根下支架桿的外周各覆設(shè)柔性蒙皮；本發(fā)明在沙漠使用，不會(huì)發(fā)生沉陷和滑移等不利現(xiàn)象，越沙性能較好。
文檔編號(hào)A45B9/04GK102224982SQ20111015785
公開(kāi)日2011年10月26日 申請(qǐng)日期2011年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月13日
發(fā)明者張四華, 張銳 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)