专利名称：一种仿生越沙杖的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种旅行杖，特别涉及一种仿生越沙杖。
背景技术：
旅行杖是人们从事登山、穿越沙漠、戈壁探险等徒步户外运动时使用的辅助器械。 旅行杖为长途徒步户外旅行、探险及探测等活动带来很多好处，如提高步行的稳定性，减轻腿部的负担，增加步行的速度等。研究表明，徒步旅行时使用旅行杖可以减轻至少22%施予腿部和膝盖等肌肉关节的力量，从而减少因疲劳而引起的关节和肌肉疼痛。近年来，随着沙漠旅游和探险的日益兴起，同时沙漠地区矿藏勘察工作的逐步展开，沙漠旅行设备已经成为人们关注的焦点。目前市场上专门针对沙漠旅行的设备很少，驴友们穿越沙漠旅行时使用的旅行杖通常采用传统的登山杖。由于传统登山杖主要是针对山坡、灌木丛区等泥质地面的越野运动而设计的，因此该类旅行杖的越沙性能较差。使用传统登山杖在松软沙漠中旅行时，杖身和杖尖经常会发生沉陷、滑移等现象。这样旅行杖不但没有起到辅助旅行、减轻疲劳的作用，反而成为旅行者的负担。沉陷、滑移现象一直是沙漠运行设备的技术难点。如果能有效地解决传统登山杖在沙漠使用中的沉陷、滑移等不利现象， 提高它的越沙性能，让使用者更好地完成在沙漠地带的旅行、勘探等作业，将对沙漠地带的开发具有重要的实际意义。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有旅行杖和登山杖不适合在沙漠中使用的问题，而提供一种在沙漠中使用的仿生越沙杖。在生物界里，经过35亿年的进化和生存竞争，产生了很多可在各种环境表面上无障碍运动的高手，如壁虎、蜘蛛、蛇、苍蝇和蝗虫等。通过自然界物竞天择和长期的进化，它们对自然环境已经具有高度的适应性，运动机能和器官结构远比人类曾经制造的机械更为完善。在工程技术领域，仿生应用产品越来越多，例如减黏降阻仿生犁壁、仿生步行轮等，在工程实际应用中均产生了很好效果。鸵鸟原产于非洲和阿拉伯沙漠温差较大的地区，主要生活在空旷的沙漠地带和干燥无树的大草原。鸵鸟属于平胸类鸟，胸骨扁平不具龙骨突起，锁骨退化，前肢演化成翅膀， 已经退化不能飞翔，但后肢强壮而有力，在沙地环境中具有神奇的稳健、持久和高速奔跑能力，是鸟类中名副其实的赛跑健将，也是陆地上跑得最快的两条腿动物。鸵鸟的优异越沙能力是身体结构、器官、脖颈、翅膀(前肢)以及后肢(腿和足)等多方面共同作用的结果。其中，鸵鸟足承载鸵鸟体重，直接与沙地接触并参与运动，在越沙过程中的作用至关重要。鸵鸟足部仅两趾(第III、IV趾)，内趾(第III趾)较大，具有坚硬的爪，外趾(第IV趾)则无爪，趾的下面有角质的肉垫，富有弹性并能隔热，这些特殊结构结合特殊运动方式是鸵鸟足在行走和奔跑时具有超强的抗沉陷和抗滑移性能的关键因素。以鸵鸟足结构和越沙机制为理论依据，采用工程仿生学技术，研制适用于沙漠环境中旅行、探险及勘探等长期徒步活
3动的仿生越沙杖具有实际意义和应用前景。本发明是以鸵鸟足结构和越沙机制为理论依据，采用工程仿生学技术，设计适用于沙漠环境中旅行、探险及勘探等长期徒步活动的仿生越沙杖。本发明是由杖身、杖托和杖尖组成，杖身螺接在杖托的上方的上托盘中，杖尖呈圆锥状，杖尖螺接在杖托的下方的下托盘中，杖托是由上托盘、多根上支架杆、多根下支架杆、 回位弹簧、下托盘和二张柔性蒙皮组成，回位弹簧固定在上托盘和下托盘之间，多根上支架杆的上端铰接在上托盘的外缘，与上支架杆数量相同的下支架杆的下端铰接在下托盘的外缘，下支架杆的上端铰接在相对应的上支架杆的下段处，多根上支架杆的外周覆设柔性蒙皮，多根下支架杆的外周覆设柔性蒙皮。所述的柔性蒙皮是由二层工业布中间夹设高弹性橡胶，以缝合线缝合而成。所述的杖身为多节结构，由套管套接而成。本发明的有益效果是本发明在沙漠中使用具有抗沉陷和防滑移的优越性能，有效地提高了使用者在沙漠中长途徒步行走的通过能力，真正起到了越沙辅助器械的作用。仿生越沙杖在沙漠中入沙和出沙过程中均具有明显的技术效果。当越沙杖的杖头部分入沙时，杖托的下托盘和杖尖首先着沙，随着承载重量的增加，杖托克服弹簧的反作用力，顶角α逐渐增大，上下支架杆夹角β逐渐减小，促使下支架杆形成的表面逐步与沙面接触，并承载一定的重量，最后上支架杆形成的部分内表面(外悬部分)也与沙面全部接触；随着下托盘的继续上升，顶角 α越过极限值60°后，将会稍微减小，上支架杆也会向内稍微收缩，起到固沙的作用，直至下托盘运动到极限位置，处于完全承载状态。此时由杖身传递的负荷几乎全部施加于杖托， 作用在杖托下表面与沙面接触的各个位置。这时杖尖属于低负载或零负载状态，杖尖不会继续下陷，杖尖周围的沙子在杖托受载作用下不断缩紧，有效地防止了杖尖晃动和滑移。当越沙杖的杖头部分出沙时，随着杖身负荷的撤消，杖托在弹簧的反作用力作用下，上支架杆外悬部分形成与沙面接触的表面首先与沙面分离，下支架杆形成与沙面接触的表面随之与沙面分离，下托盘与沙面接触的表面和杖尖最后离开沙面。这种逐级卸载的方式，逐渐减少了杖头部分与沙地的接触面积，加之杖尖与上支架杆尖端都是倒圆锥形，有效地减少了杖头部分对沙子的冲击扰动，防止了杖头部分产生“挑沙”现象。
图1是本发明实施例的立体示意图。图2是本发明实施例之杖托的立体结构示意图。图3是本发明实施例之杖托上的柔性蒙皮示意图。图4是本发明实施例之杖托上的柔性蒙皮截面示意图。图5是本发明使用时杖托的初始状态示意图。图6是本发明使用时杖托的承载中间状态示意图。图7是本发明使用时杖托的承载极限状态示意图。
具体实施方请参阅图1、图2和图3所示，本发明是由杖身1、套管2、杖托3和杖尖5组成，杖身1为多节结构，由套管2套接而成，杖身1螺接在杖托3上方的上托盘6中，杖尖5呈圆锥状，杖尖5螺接在杖托3的下方的下托盘12中，杖托3是由上托盘6、八根上支架杆9、八根下支架杆11、回位弹簧10、下托盘12和二张柔性蒙皮4组成，回位弹簧10固定在上托盘 6和下托盘12之间，八根上支架杆9的上端通过螺栓8和螺母7铰接在上托盘6的外缘，八根下支架杆11的下端通过螺栓8和螺母7铰接在下托盘12的外缘，下支架杆11的上端通过螺栓8和螺母7铰接在相对应的上支架杆9的下段处，八根上支架杆9的外周覆设柔性蒙皮4，八根下支架杆11的外周覆设柔性蒙皮4。如图3和图4所示，所述的柔性蒙皮4是由二层工业布41中间夹设高弹性橡胶 42，以缝合线43缝合而成。本发明的使用状态如下1、初始状态如图1和图5所示，杖尖5和杖托3的下托盘12触沙，杖尖5的最顶端插入沙表面，同时，杖托3的下托盘12刚刚接触到沙表面，此时回位弹簧10还没有受力， 整个杖托3处于初始状态，此时，α =30°，β = 120°。2、承载中间状态如图6所示，下托盘12与下支架杆11处于同一直线上，顶角α 达到极限值，此时杖托3与沙面接触面积达到最大值，此时，α =60°，β = 30°。3、承载极限状态如图7所示，随着负载增加，下托盘12不断向上运动，直到回位弹簧10达到极限，此时杖托3处于极限承载状态，从承载中间状态开始，顶角α就要小于 60度，使得上支架杆9向内收缩，起到收缩固沙的作用。此时杖头内所包容沙量达到最大值，此时，α = 55°，β = 14°。本发明的工作原理是沙漠中的沙子松软，流动性大，对作用力反应敏感，当杖托3刚接触沙面时，杖尖5 已插入沙中，杖尖5挤压沙子向周围扩散，下托盘12克服回位弹簧10的作用力向上运动， 同时沙子在下托盘12的反作用力下被压实。随着下托盘12接触沙量的不断增加，沙子则向下托盘12周围流出，进入下支架杆11形成的表面中。随着沙量的继续增加，沙子欲向杖头外流出，但由于上支架杆9外悬部分形成的表面是向内倾斜的，因此沙子只能积累在杖托3 内，杖托3内的沙子逐渐被压实。当顶角α越过极限值后，上支架杆9形成的表面向内收缩，收缩过程中进一步挤压杖托3内的沙子。当进入承载极限状态时，由杖身1传递的作用力几乎全部施加于杖托3内的沙子上，同时下部的沙子也对杖托3内的沙子产生作用力，从而对杖托3内的沙子形成上下挤压的效果。通过周围、上下各个方向的收缩挤压，杖托3内的沙子形成“暂态固体”。此时承载力作用在一个大面积的“暂态固体”上，同时杖尖5已经扎入此“暂态固体”中，从而达到抗沉陷和防滑移的效果，承载力也比传统旅行杖增大数倍。
权利要求
1.一种仿生越沙杖，其特征在于是由杖身(1)、杖托⑶和杖尖(5)组成，杖身⑴螺接在杖托⑶上方的上托盘(6)中，杖尖(5)呈圆锥状，杖尖(5)螺接在杖托(3)的下方的下托盘(12)中，杖托(3)是由上托盘(6)、多根上支架杆(9)、多根下支架杆(11)、回位弹簧(10)、下托盘(12)和二张柔性蒙皮(4)组成，回位弹簧(10)固定在上托盘(6)和下托盘(12)之间，多根上支架杆(9)的上端铰接在上托盘(6)的外缘，与上支架杆(9)数量相同的下支架杆(11)的下端铰接在下托盘(12)的外缘，下支架杆(11)的上端铰接在相对应的上支架杆(9)的下段处，多根上支架杆(9)的外周覆设柔性蒙皮(4)，多根下支架杆(11) 的外周覆设柔性蒙皮(4)。
2.根据权利要求1所述的一种仿生越沙杖，其特征在于所述的柔性蒙皮(4)是由二层工业布(41)中间夹设高弹性橡胶(42)，以缝合线(43)缝合而成。
3.根据权利要求1或2所述的一种仿生越沙杖，其特征在于所述的杖身(1)为多节结构，由套管(2)套接而成。
全文摘要
本发明公开了一种仿生越沙杖，是由杖身、杖托和杖尖组成，杖身螺接在杖托的上方的上托盘中，杖尖呈圆锥状，杖尖螺接在杖托的下方的下托盘中，杖托是由上托盘、多根上支架杆、多根下支架杆、回位弹簧、下托盘和二张柔性蒙皮组成，回位弹簧固定在上托盘和下托盘之间，多根上支架杆的上端铰接在上托盘的外缘，与上支架杆数量相同的下支架杆的下端铰接在下托盘的外缘，下支架杆的上端铰接在相对应的上支架杆的下段处，多根上支架杆的外周和多根下支架杆的外周各覆设柔性蒙皮；本发明在沙漠使用，不会发生沉陷和滑移等不利现象，越沙性能较好。
文档编号A45B9/04GK102224982SQ20111015785
公开日2011年10月26日 申请日期2011年6月13日 优先权日2011年6月13日
发明者张四华, 张锐 申请人:吉林大学