本發(fā)明屬于工程仿生技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種仿馴鹿蹄兩趾關(guān)節(jié)活動(dòng)機(jī)理的仿生滑雪杖。

背景技術(shù)：

當(dāng)今，隨著滑雪運(yùn)動(dòng)的廣泛開(kāi)展，滑雪的意義已經(jīng)不只是停留在運(yùn)動(dòng)上，而是進(jìn)一步成為一種健康、時(shí)尚的生活方式。作為一項(xiàng)戶(hù)外運(yùn)動(dòng)，滑雪運(yùn)動(dòng)最大的魅力在于人們從運(yùn)動(dòng)中體驗(yàn)到了一種回歸大自然的感覺(jué)。

而滑雪杖是我們滑雪時(shí)用來(lái)支撐前進(jìn)、控制平衡、引導(dǎo)變向、支撐身體的工具。除跳臺(tái)滑雪、空中技巧滑雪、單板滑雪外，其他項(xiàng)目都使用滑雪杖，是滑雪者控制重心必不可少的一件工具。最簡(jiǎn)單的滑雪杖就是兩根同高度的木棍或竹桿，但使用起來(lái)有不完善之處。為了使滑雪杖撐動(dòng)有力和不易從手中脫離，可在桿的頂端鉆一個(gè)孔或直接固定上一根長(zhǎng)環(huán)形條帶，將手從下面套在里面，把桿和環(huán)形帶一起握住，這一個(gè)部位叫做手柄，環(huán)形條帶叫握革帶。為了克服在深雪中滑雪杖插得過(guò)深、不便使用甚至無(wú)法使用的困難，可在桿的底部距下端70～100毫米處安裝一個(gè)雪輪，這樣就限制了雪杖插入雪中的深度，充分保證發(fā)揮雪杖的作用。目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的雪輪只是用皮革條窩成十字形、米字形的形狀來(lái)防止滑雪杖在雪地中下陷過(guò)深，而這種雪輪在較硬狀的光雪面上抗沉陷性能不明顯。雪輪尺寸選擇也是至關(guān)重要的，尺寸取決于雪輪撞擊地面的性質(zhì)。但目前的滑雪杖都只是固定的接觸面積，不能隨著雪的變化情況而進(jìn)行改變。因此，設(shè)計(jì)一種能隨著雪地性質(zhì)的不同來(lái)改變與地面的接觸面積的獨(dú)特雪輪是至關(guān)重要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種仿馴鹿蹄兩趾關(guān)節(jié)活動(dòng)機(jī)理的仿生滑雪杖。本發(fā)明具有抗沉陷以及提高雪地固著力的優(yōu)越性能，有效地提高了使用者在滑雪過(guò)程中的通過(guò)能力。仿生滑雪杖在入雪以及出雪時(shí)都具有良好的技術(shù)效果。

馴鹿是一種典型冰雪動(dòng)物，在冰雪路面上具有良好的奔跑速度、防滑能力。在冬天，馴鹿腳枕收縮增固，露出蹄的邊緣，便于馴鹿在冰雪地面行走。馴鹿的蹄子在落地是自然地分開(kāi)，將自身的重量分散開(kāi)來(lái)，避免蹄部過(guò)多沉陷到厚厚的積雪中，也使得馴鹿更好地挖掘出埋在雪地下面的食物。馴鹿的主蹄大而闊，中央裂線很深，懸蹄大，掌面寬闊，是鹿類(lèi)中最大的，行走時(shí)能觸及地面，而且在蹄子周?chē)S多特殊的剛毛，這些密度很大的剛毛在蹄子周?chē)纬删o密的毛刷，在雪地、沼澤地及松軟的苔鮮上行走時(shí)，可以觸及地面，使四蹄著地面積大為增加，借以減輕單位面積的負(fù)荷重量。加之馴鹿腳關(guān)節(jié)靈活、韌帶輕松，行進(jìn)中的馴鹿蹄就像上發(fā)條后自擺的鐘墜，能量消耗極小。馴鹿可以在數(shù)天的時(shí)間里，通過(guò)快速地奔跑，遷徙到5000公里以外的地方。這些蹄部的特點(diǎn)都對(duì)馴鹿在雪地中完美地飛奔，不會(huì)滑倒，也不用減速都有很大的幫助。因此，采用工程仿生學(xué)技術(shù)，將馴鹿蹄部的這些特點(diǎn)應(yīng)用到滑雪杖上，將能增加對(duì)雪地的固著力，增強(qiáng)使用者的身體穩(wěn)定性，從而增大使用者牽引力，有效輔助滑雪者或者徒步者的行進(jìn)。

本發(fā)明包括握革帶、手柄、杖桿、上端支柱、緩沖彈簧、下端支柱、雪輪單體和杖尖；上端支柱螺接在杖桿上；上端支柱與下端支柱中間用緩沖彈簧連接；四個(gè)雪輪單體以連接螺栓和連接螺母與下端支柱連接在一起；各雪輪單體底部的仿生邊緣是仿馴鹿蹄的尖銳邊緣；各雪輪單體之間用上緩沖彈簧和下緩沖彈簧連接在一起；下端支柱底部與雪輪單體內(nèi)部均粘貼有絨毛；杖尖螺接在杖桿上以便更換。

所述的絨毛所采用的是馬尾毛。

所述的雪輪單體材料為硬質(zhì)塑料；杖桿的材料為玻璃纖維，有超強(qiáng)的韌性；杖尖的材料為鎢鋼，有超強(qiáng)的耐磨性。

雪輪單體可以在豎直方向內(nèi)上下旋轉(zhuǎn)，初始時(shí)，雪輪單體與豎直平面的夾角為29°，雪輪單體最高點(diǎn)與豎直平面的夾角為133°。雪輪單體最高點(diǎn)與豎直平面的夾角達(dá)到180°時(shí)，雪輪單體與豎直平面的夾角為70°。

當(dāng)仿生滑雪杖入雪時(shí)，除了杖尖外，雪輪單體尖銳邊緣最先切入雪中。隨著邊緣處承載力的增大，單體之間的回位彈簧在力的作用下拉伸，使得各雪輪單體隨著螺栓向上轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)雪輪單體與雪平面的接觸面積增大。在彈簧被拉伸到最大時(shí)，此時(shí)各雪輪最高點(diǎn)與豎直平面呈90°夾角。如果這時(shí)各雪輪單體底部繼續(xù)受力，則上下支柱之間的緩沖彈簧將會(huì)發(fā)生作用，用以緩沖來(lái)自于地面多余的緩沖力。

而進(jìn)入到雪輪里面的積雪大部分都被粘附在雪輪單體內(nèi)壁周?chē)约跋露酥е撞康慕q毛上，這些絨毛在很大程度上分散了來(lái)自地面的作用力。因此，在不同質(zhì)地的雪地中，該仿生滑雪杖都能夠根據(jù)路面的不同提供足夠大的與雪平面的接觸面積，從而起到防止沉陷的作用。

在硬雪面上使用時(shí)，普通的滑雪杖在杖尖插入硬雪面后，雪輪幾乎起不到作用，而仿生滑雪杖在杖尖插入硬雪后，其帶有馴鹿蹄鋒利邊緣特征的雪輪會(huì)插入到硬雪之中，并增大與雪平面的接觸面積。

在仿生滑雪杖的杖尖部分出雪時(shí)，隨著來(lái)自于地面的緩沖力不斷減小，首先上下支柱之間的緩沖彈簧舒張，而下端支柱將回到初始位置。然后雪輪單體之間的回位彈簧同樣收縮，使得各單個(gè)雪輪單體快速與雪平面分離并回到初始位置。雪輪粘附在絨毛上的積雪也由于回位彈簧的快速回位而被抖落下來(lái)。最終，杖尖離開(kāi)雪平面，整個(gè)滑雪杖與雪脫離。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的雪輪處正面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明的仰視圖。

圖4為本發(fā)明的雪輪初始位置示意圖。

圖5為本發(fā)明的雪輪最大承載位置示意圖。

圖6為本發(fā)明的雪輪單體主視圖。

圖7為本發(fā)明的雪輪單體側(cè)視圖。

圖8為本發(fā)明的連接組合部分示意圖。

其中1、握革帶；2、手柄；3、杖桿；4；上端支柱；5、緩沖彈簧；6、下端支柱；7、雪輪單體；8、杖尖；9、仿生邊緣；10、下緩沖彈簧；11、絨毛；12、上緩沖彈簧、13、連接螺栓、14、連接螺母。

具體實(shí)施方式

請(qǐng)參閱圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7和圖8所示，本發(fā)明包括握革帶1、手柄2、杖桿3、上端支柱4、緩沖彈簧5、下端支柱6、雪輪單體7和杖尖8，上端支柱4螺接在杖桿3上，上端支柱4與下端支柱6中間用緩沖彈簧5連接，四個(gè)雪輪單體7以連接螺栓13和連接螺母14與下端支柱6連接在一起，各雪輪單體7底部的仿生邊緣9是仿馴鹿蹄的尖銳邊緣，各雪輪單體7之間用上緩沖彈簧12和下緩沖彈簧10連接在一起，下端支柱6底部與雪輪單體7內(nèi)部均粘貼有絨毛11，杖尖8螺接在杖桿3上，以便更換。

所述的絨毛11所采用的是馬尾毛。

所述的雪輪單體7材料為硬質(zhì)塑料；杖桿3的材料為玻璃纖維，有超強(qiáng)的任性；杖尖8的材料為鎢鋼，有超強(qiáng)的耐磨性。

雪輪單體7可以在豎直方向內(nèi)上下旋轉(zhuǎn)，初始時(shí)，雪輪單體7與豎平面的夾角為29°，雪輪單體7最高點(diǎn)與豎直平面的夾角為133°。雪輪單體7最高點(diǎn)與豎直平面的夾角達(dá)到180°時(shí)，雪輪單體7與豎直平面的夾角為70°。

本發(fā)明的使用狀態(tài)及原理：

當(dāng)馴鹿在雪地環(huán)境奔跑時(shí)，馴鹿小腿部位的肌腱提供緩沖作用。基于此原理，將上端支柱4與下端支柱6用緩沖彈簧5相連接，當(dāng)雪輪單體7處受到的豎直作用力超過(guò)其最大承載位置所受作用力時(shí)，緩沖彈簧5受到下端支柱6的擠壓力而壓縮，帶動(dòng)下端支柱6向上，起到了緩沖來(lái)自于下部沖擊力的作用。

由于馴鹿在雪地中奔跑時(shí)，蹄部在落地時(shí)會(huì)自然張開(kāi)以增大與雪平面的接觸面積，將身體的重量分散開(kāi)來(lái)，避免蹄部過(guò)多的下陷到厚厚的積雪中。而當(dāng)馴鹿蹄脫離積雪中時(shí)，蹄部又自然的閉合，將蹄部的積雪抖落。因此，將多個(gè)雪輪單體7通過(guò)螺栓13與連接螺母14鉸接在上端支柱4處。當(dāng)雪輪單體7底部受到來(lái)自雪地等松軟地面以及硬質(zhì)路面的作用力時(shí)，可以上下轉(zhuǎn)動(dòng)以增大雪輪單體7與地面的接觸面積。并且各雪輪單體7的下部仿生邊緣9基于馴鹿蹄鋒利的邊緣進(jìn)行仿生設(shè)計(jì)，有助于雪輪單體7在較硬的光雪面上發(fā)揮作用。

各雪輪單體7之間都通過(guò)下緩沖彈簧10和上緩沖彈簧12連接，在雪輪單體7受到作用力上下轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，下緩沖彈簧10和上緩沖彈簧12受到來(lái)自?xún)蛇呇┹唵误w7的拉力而舒張，在滑雪杖不受到外部作用力時(shí)，下緩沖彈簧10和上緩沖彈簧12回位將雪輪單體7拉回到初始位置。

馴鹿足趾中間的濃密絨毛以及蹄兩邊的絨毛使得馴鹿在雪地中行走以及奔跑時(shí)具有良好的固著力，防止滑跤。雪輪內(nèi)部的絨毛11固定在各個(gè)雪輪單體7內(nèi)凹面以及下端支柱6的底部，當(dāng)滑雪杖插入雪中足夠深度時(shí)，雪輪單體7與雪平面接觸并且受力向四周張開(kāi)，而雪輪內(nèi)部濃密的絨毛11與雪接觸，分散整個(gè)雪輪單體7處的受力面積，增加雪輪單體7對(duì)雪的固著力。此外，大量的雪粘附在絨毛11上，防止雪輪在松軟的雪地上沉陷過(guò)多。

當(dāng)滑雪杖被拔出時(shí)，各個(gè)雪輪單體7在下緩沖彈簧10和上緩沖彈簧12的作用下回到初始位置，絨毛11上的雪在下緩沖彈簧10和上緩沖彈簧12的快速收縮作用下被抖落下來(lái)。