一种骑行人腿部施力控制的车轮刹车装置及独轮自行车的制作方法

本发明属于机械工程技术领域，具体涉及一种骑行人腿部施力控制的车轮刹车装置及独轮自行车。

背景技术：

独轮自行车，是一种需要具有自我平衡能力的交通工具，在城市交通中应用广泛，是一种新兴发展的交通工具。它可以应用在个人出行交通、短途出行，娱乐表演、竞技比赛等多方面场合。

限制独轮自行车在生活中出现的主要是两个安全因素：第一是独轮自行车的刹车，现有的独轮自行车仿照一般自行车，通常采用设置在座位附近的手刹，操作不便，从做出判断需要刹车至操作刹车需要的较长的操作时间，且双手不能得到充分利用。第二是因为现有的独轮车稳定性不够，需要骑行者具备很强的自我平衡能力，独轮车运动过程中，骑行者通过调整身体的左右、前后倾斜来保证独轮车的平衡，这种自身控制可靠性及稳定性较差，当在路上行驶时，面对复杂多变的路况根本无法使用，安全系数较低。

另外现代社会需要个性化的锻炼健身方式，滑雪作为一种全球化的世界范围的运动。但是受气候条件及场馆限制，很少一部分人可以体会到这项运动。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提出一种骑行人腿部施力控制的车轮刹车装置及独轮自行车，刹车操作简便快捷、安全高效，独轮自行车易学易用、安全性更强。

技术方案：本发明提出一种骑行人腿部施力控制的车轮刹车装置，包括对称设置在车轮上方两侧的连接杆，两个所述连接杆可在骑行人腿部夹紧的作用力下沿平行于车轮轴向做直线往复运动；两个所述连接杆的相近端通过一个90°换向机构共同连接在一个伸缩机构的上端，所述伸缩机构的下端固定在车体上；

两个所述连接杆做直线往复运动时通过90°换向机构带动伸缩机构沿垂直于车轮轴向的方向做伸缩运动；所述伸缩机构上还设置有一个刹车块，所述刹车块跟随伸缩机构的伸缩做往复运动并且在往复运动的一个极限位置处与车轮相接刹车。

进一步，所述90°换向机构包括固定在伸缩机构上端的导向滑块；所述导向滑块位于车轮两侧的两个相对端面上分别设置有一个沿伸缩机构的伸缩方向布置的孔槽，两个所述连接杆的相近端分别伸在导向滑块的两个孔槽内，并可沿孔槽滑动；

所述导向滑块上还设置有一个倒v型导向通槽，所述倒v型导向通槽的两条直线通槽沿车轮所在平面对称布置，并且所述倒v型导向通槽的喇叭开口端朝向车轮；

所述90°换向机构还包括分别固定在两个所述连接杆的相近端的两个导向销，每个导向销均伸在与其位于车轮同侧的直线通槽内并可沿所述直线通槽滑动。

进一步，所述伸缩机构是平行于车轮平面的平面连杆机构；所述平面连杆机构包括刹车单元，所述刹车单元包括上连杆、下连杆和刹车块；所述上连杆的上端可旋转连接在导向滑块上，所述上连杆的的下端可旋转连接在下连杆的上端，下连杆的下端可旋转连接在车体上；所述刹车块固定在下连杆上；

当上连杆和下连杆在导向滑块的作用力下收缩时，刹车块与车轮相接刹车；当上连杆和下连杆伸展开时，刹车块与车轮分离。

进一步，所述平面连杆机构的刹车单元有两套，并对称布置在导向滑块的两侧；所述平面连杆机构有两套，并对称布置在车轮所在平面的两侧；所述平面连杆机构还包括一个拉伸弹簧，所述拉伸弹簧的两端分别位于每个刹车单元中上连杆与下连杆的连接处。

进一步，所述下连杆的下端与车体的连接处位于车轮转轴的上方，下连杆连接有向下延伸至车轮转轴的侧方的延伸杆，所述刹车块固定在延伸杆与车轮转轴相近的一侧上。

进一步，所述导向滑块外套装有导向套，导向滑块在导向套内沿伸缩机构的伸缩方向滑动；两个所述连接杆穿过导向套的两个侧面，并且两个连接杆的外端头与导向套之间设置有可沿连接杆的直线运动方向压缩的压缩弹簧。

进一步，两个所述连接杆的外端部均设置有腿压板；两个所述腿压板的上端均向内侧倾斜并且倾斜角度可调。

一种独轮自行车，包括如上所述的车轮刹车装置，还包括两个用于骑行者手握的滑杆。

上述独轮自行车的驱动方法是，骑行者左右手各持一根滑杆；通过滑杆与地面接触受力，驱动和平衡所述独轮自行车。

有益效果：本发明的车轮刹车装置通过骑行人腿部夹紧即可实现刹车，该刹车过程对身体重心影响小，刹车操作简便快捷、安全高效，从而解放了骑行者的双手。采用该刹车装置的独轮自行车可以配置由骑行者双手握持的滑杆驱动行进，相比于脚蹬驱动，更加易学易用，滑杆同时还能辅助平衡和转向，安全性更强，本发明的独轮车采用类似滑雪的运动方式，能够有效锻炼上肢、解放双腿并且充满趣味性与娱乐性。

附图说明

图1为本发明的车轮刹车装置的结构示意图；

图2为本发明的车轮刹车装置的局部拆解结构示意图；

图3为本发明的车轮刹车装置的侧视图；

图4为本发明的导向滑块的结构示意图；

图5为本发明的下连杆的结构示意图；

图6为本发明的独轮自行车拆除机壳和滑杆后的结构示意图；

图7为本发明的独轮自行车的结构示意图；

图8为本发明的独轮自行车的后侧视图；

图9为本发明的独轮自行车骑行状态的主视图；

图10为本发明的独轮自行车骑行状态的侧视图；

图11为本发明的独轮自行车脚踏板固定架和脚踏板的局部结构示意图；

图12为本发明的独轮自行车的电路模块结构图。

图中：1-滑杆，2-脚踏板固定架，3-脚踏板，4-车轮，5-辅助轮，6-机壳，7-导向套，8-腿压板，9-90°传动弯头，10-上连杆，11-拉伸弹簧，12-u型杠杆固定支架，13-轮毂发电机，14-下连杆，15-压缩弹簧，16-导向销，17-导向滑块，18-传动直杆，19-电源，20-通信与定位模块，21-刹车块，22-辅助电路，23-无源蜂鸣器，24-法兰，25-尾灯，26-连接杆。

具体实施方式

如图1至图3所示，本发明的骑行人腿部施力控制的车轮刹车装置的一种实施例，包括对称设置在车轮上方两侧的连接杆26，两个所述连接杆26可在骑行人腿部夹紧的作用力下沿平行于车轮轴向做直线往复运动；两个所述连接杆26的相近端通过一个90°换向机构共同连接在一个伸缩机构的上端，所述伸缩机构的下端固定在车体上。两个所述连接杆26做沿轴向直线往复运动时通过90°换向机构带动伸缩机构沿垂直于车轮轴向的方向做伸缩运动。

两个所述连接杆26的外端部均设置有腿压板8，并且腿压板8的外表面还设置有内凹槽，与人腿的接触舒适不打滑。两个所述腿压板8的上端均向内侧倾斜并且倾斜角度可调，这样的倾斜构造符合骑行者腿部分开时大腿的角度，使得人腿与腿压板8接触施加水平方向的作用力推动连接杆26运动，同时人腿还向腿压板8施加了向下的作用力。本刹车机构在使用时，两个所述连接杆26驱动伸缩机构的伸缩时，会受到向上伸缩机构施加的向上的反作用力，但连接杆26需要保持水平高度不变，因此该构造使得人腿能够向腿压板8施加向下的作用力，保持连接杆26的水平高度不变。

如图4，所述90°换向机构包括固定在伸缩机构上端的导向滑块17；所述导向滑块17位于车轮两侧的两个相对端面上分别设置有一个沿伸缩机构的伸缩方向布置的孔槽，两个所述连接杆26的相近端分别伸在导向滑块17的两个孔槽内，并可沿孔槽滑动。所述导向滑块17上还设置有一个倒v型导向通槽，所述倒v型导向通槽的两条直线通槽沿车轮所在平面对称布置，并且所述倒v型导向通槽的喇叭开口端朝向车轮。所述90°换向机构还包括分别固定在两个所述连接杆26的相近端的两个导向销16，每个导向销16均伸在与其位于车轮同侧的直线通槽内并可沿所述直线通槽滑动。

如图2，所述导向滑块17外套装有导向套7，导向滑块17在导向套7内沿伸缩机构的伸缩方向滑动；两个所述连接杆26穿过导向套7的两个侧面，并且两个连接杆26的外端头与导向套7之间设置有可沿连接杆26的直线运动方向压缩的压缩弹簧15。当需要刹车时，骑行者腿部克服压缩弹簧15的弹力，将连接杆26向内侧移动；当不需要刹车时，只需放松腿部，连接杆26在压缩弹簧15的作用力下自动回弹复位。

所述伸缩机构是平行于车轮平面的平面连杆机构；所述平面连杆机构包括刹车单元，所述刹车单元包括上连杆10、下连杆14和刹车块21。所述上连杆10的上端可旋转连接在导向滑块17上，所述上连杆10的下端可旋转连接在下连杆14的上端，下连杆14的下端可旋转连接在车体上。所述下连杆14的下端与车体的连接处位于车轮转轴的上方，如图5，下连杆14连接有向下延伸至车轮转轴的侧方的延伸杆，所述刹车块21固定在延伸杆与车轮转轴相近的一侧上。在刹车时，刹车块21与下连杆14的上端施力点以下连杆14的下端旋转轴为支点，形成刹车杠杆作用，通过改变刹车块21距支点的距离与下连杆14的上端施力点距支点的距离的比例，可以根据需要调整刹车力的大小。

当上连杆10和下连杆14在导向滑块17的作用力下收缩时，刹车块21与车轮相接刹车；当上连杆10和下连杆14伸展开时，刹车块21与车轮分离。

所述平面连杆机构的刹车单元有两套，并对称布置在导向滑块17的两侧；所述平面连杆机构有两套，并对称布置在车轮所在平面的两侧。

所述平面连杆机构还包括一个拉伸弹簧11，所述拉伸弹簧11的两端分别位于每个刹车单元中上连杆10与下连杆14的连接处。当骑行者操作刹车时，平面连杆机构内的两个上连杆10与下连杆14的连接处克服拉伸弹簧11的弹力远离；当骑行者不刹车时，拉伸弹簧11自动收缩将上连杆10与下连杆14复位。

所述导向滑块17与两套平面连杆机构分别通过中间传动体连接。所述中间传动体包括位于车轮一侧并可通过法兰24连接在导向滑块17上的90°传动弯头9，还包括传动直杆18，传动直杆18的上端面与90°传动弯头9的下端面通过齿啮合连接；所述平面连杆机构的两个上连杆10可旋转连接在传动直杆18的下端。中间传动体可快捷拆装，便于收纳。传动直杆18穿过机壳6内的竖直的导向孔，从而传动直杆18只能沿着该导向孔方向上下运动。

如图6至图8，本发明还公开了一种独轮自行车，包括上述的车轮刹车装置，同时还包括两个用于骑行者手握的滑杆1。如图9和图10，骑行人腿部夹紧即可实现刹车，刹车操作简便快捷，从而解放了骑行者的双手，双手用于握持滑杆1驱动行进，这种驱动方法相比于脚蹬驱动，更加易学易用，滑杆1同时还能辅助平衡和转向，安全性更强。滑杆1具有可伸缩或折叠特点，方便携带，其手握持部分采用柔软材料并设计可防滑的轮廓或图案，其底部设计为角度可灵活改变的多接触点底部。

如图11，本实施例的独轮自行车还包括脚踏板固定架2和脚踏板3。脚踏板固定架2特别采用与其旋转孔中心重合的90°圆弧面，该圆弧面和与其相邻的两个平面相切，所述两个平面分别位于脚踏板固定架2的旋转孔的上部与踏板一侧。脚踏板3在水平位置和垂直位置时，脚踏板固定架2与脚踏板3相接触的平面为重合关系，因此这种设计既能保证脚踏板3只能展开至水平位置支撑使用者，又能在行驶结束后快速收起至垂直位置。两侧的脚踏板固定架2上均固定有u型杠杆固定支架12，车轮每一侧的两个下连杆14分别可旋转连接在u型杠杆固定支架12的两个端部，作为刹车杠杆的支点。

本实施例的独轮自行车除了车轮4还包括辅助轮5。辅助轮5主要作用为方便初学者学习使用独轮自行车，辅助轮5协助使用者保持其前后平衡，减小其学习难度及学习时间成本。对于熟练掌握独轮自行车行驶技巧的使用者可以考虑拆除辅助轮，所述辅助轮5优选地采用万向轮，并且设计与安装都要保证与地面之间具有一定空隙。

独轮自行车的机壳6与脚踏板固定架2相连接固定，其上安装有尾灯25，机壳6可收缩或旋转部分可以将车轮包裹覆盖进行收纳，从而可以方便带入电梯、地铁、飞机、公交车、办公室等公共场所。

如图12，本发明的独轮自行车还配备有轮毂发电机13，在独轮自行车行驶过程中能发电，辅助电路22可以将轮毂发电机13产生的交流电进行整流、稳压处理并输入到电源19中，电源19可以给通信与定位模块20、尾灯25、无源蜂鸣器23供电，通信与定位模块20、无源蜂鸣器23、电源19、辅助电路22均安装在脚踏板固定架2上部，通信与定位模块20可以与手机终端相连接，通过手机终端可以查看行驶轨迹及速度等相关信息，无源蜂鸣器23可以判断车速并进行超速报警提示。

通信与定位模块20包括mcu处理器、gps定位单元、速度传感器、无线通信单元和服务器端；辅助电路22包括整流电路和稳压电路；电源13配置有电源管理模块。轮毂发电机13在独轮自行车行驶过程中发电，通过整流电路及稳压电路储存到电源13中，电源13在电源管理模块的监控管理下给mcu处理器、尾灯25、无源蜂鸣器23及速度传感器等用电设备供电，gps定位单元获取独轮自行车的位置信息，通过无线通信单元把独轮自行车各种信息发送到服务器端，服务器端可以与手机终端双向通信，可发送的信息包括速度、位置、电源信息等，mcu处理器是接收gps定位单元的位置信息并处理为无线通信单元能发送的信号，当行驶速度超过设置值时，mcu处理器可以根据程序驱动无源蜂鸣器23报警提示。