专利名称：一种体重自适应的自走式攀岩器的制作方法
技术领域：
本发明属于健身设备，特别是一种体重自适应的自走式攀岩器。
背景技术：
攀岩是体育爱好者非常喜欢的现代娱乐、竞技体育运动，可分为自然岩壁攀爬和人工岩壁攀爬。由于自然岩壁攀岩危险性大、费用高等，只有经过训练的专业人士才能进行，普通攀岩爱好者很少接触。为此，人工岩壁随之出现，然而人工岩壁高度大、占地面积大、不可移动及建造费用高，故其仅存在于专业攀岩俱乐部、大型健身俱乐部，对于一般攀岩爱好者，参与的机会很少，致使攀岩运动的普及率很低，成为一种贵族运动。为了满足大多数攀岩爱好者的巨大需求，亟需开发一种占地小、结构简单且制造费用低的攀岩器械，使其广泛应用于普通健身房、娱乐场所及家庭。查阅专利文献，与本申请有关的有以下公开内容:(1)中国专利公开(公告)号:CN102366664A，“一种家用攀岩器”；(2)中国专利公开(公告)号:CN2348872，“模拟攀岩器”；(3)中国专利公开(公告)号:CN2624976，“健身运动用的攀岩器”;(4)中国专利公开(公告)号:CN2910286，“攀岩器”。但上述现有技术还存在一些问题。其中(I)没将攀岩者体重作为动力源，而将调速电机作为动力源，不环保不经济；其中(2)以攀岩者自重驱动系统时，制动器中的安全制动绳始终对攀岩者施加向上拉力，致使攀岩者失去自由状态下攀岩的感觉和乐趣；制动器结构过于复杂，占用空间大，操控性差；减速系统阻尼大小调节精准度极不易掌控，无法提供合适阻尼；制动器和减速系统提供的阻力不能与攀岩者体重相等，系统无法匀速运转，启动、制动交替出现，使攀岩运动失去连续性；没有安全保护制动装置；无法适应不同体重的攀岩者。以调速电机驱动系统时，没将攀岩者体重作为动力源，而将调速电机作为动力源，不环保不经济；没有安全保护制动装置。其中(3)没有限速装置，攀岩壁在人重力作用下加速下行，攀岩者很快落到地面，无法实现攀爬，且极其危险；没有保护制动装置；无法调节攀爬速度；无法适应不同体重的攀岩者。其中(4)是自然岩壁攀登用的辅助装置，不涉及攀岩壁本体，该装置操作复杂，未受过训练的普通攀岩爱好者不容易掌握，无法在娱乐场所、健身房、家庭室内等使用。
发明内容
本发明提供了一种体重自适应的自走式攀岩器，以攀岩者体重为驱动力、既能适应不同体重又能提供可选择攀爬的速度。以攀岩者体重为系统驱动力时，限速装置转子产生离心力，促使转子与定子间产生摩擦阻力矩，作为攀岩器匀速运转所需的阻抗力，转速越快则阻抗力越大，最终达到阻抗力与体重相等，实现匀速，可适应不同体重，通过两级增速链传动将攀岩面壁转动轴的较慢转速增加到限速器所需的转速，其中一级链传动可实现传动比调节，以获得不同攀岩速度，使攀爬者在往复循环的环形攀岩壁面上自由攀爬。本发明提供的一种体重自适应的自走式攀岩器包括:攀爬装置、体重自适应系统和保护制动装置三部分。攀爬装置由机架、攀爬墙面和传动机构组成，其中机架由机座、支架和斜拉杆构成，机座安装有地脚螺栓，能使整机固定，保证使用安全，机座下设置地轮，能使整机方便移动，左右两侧支架的下端通过焊接方式与机座固连，斜拉杆安装在机座和支架间；攀爬墙面由支撑板及安装在其上的支点组成，支撑板安装在带有翼板的闭环链条上，支点通过螺栓错落地安装在支撑板上，并且在每块支撑板上排列有位置不同安装孔，以便调整支点位置来改变攀爬难度，为了保证支撑板在竖直面内稳定运转，在支架内侧安装有支撑板滑道，滑道由U型钢和树脂滑槽组成，U型钢固连在支架上，树脂滑槽内嵌在U型钢内，树脂滑槽具有良好顺滑性，保证支撑板运转顺畅、无噪声；传动机构由两组链条链轮与两根轴组成，采用链传动可保证传动可靠，两根轴分别通过轴承和轴承座安装在支架顶部和底部，每根轴上安装有两个链轮，上下两对应链轮分别处于竖直面内，带有翼板的链条装在上下两链轮上，四个链轮齿数相同，安装在同一根轴上的链轮齿槽在同一水平线上，以保证搭接在链条上的支撑板在运转过程中保持水平。体重自适应系统由限速装置和两级链传动组成，限速装置由定子机座、转子花瓣、转子连接座、转轴和摩擦片组成，限速器利用转子产生离心力，离心力使转子和定子之间产生摩擦力，以提供攀爬墙面匀速运转的平衡力，可适应不同体重攀岩者。所述转子花瓣共三个，转子花瓣由摩擦接触圆弧壁、过渡锥筒面和连接爪平面三段构成，三个圆弧壁之间有间隙，这个间隙使内圆弧面互相支撑，使限速器不运转时三个转子花瓣向圆弧轴心径向位移较小，保证限装置启动时转子花瓣迅速到达工作圆周面区域以提供所需摩擦阻力，启动灵敏。过渡锥筒面是摩擦接触圆弧壁与连接爪的过渡部分。连接爪与圆弧壁轴线垂直，安装于转子花瓣与转子连接座相连接的部位；转子连接座由与转轴相连的套筒和与转子连接爪相连的连接槽构成；定子机座由圆柱筒和支撑座组成，圆柱筒的内圆柱面是与转子花瓣接触摩擦的部位，支撑座用于支撑圆柱筒和转轴等部件，并通过螺栓与机架固连。三个转子花瓣通过连接销与转子连接座动相连，转子花瓣以连接销为转轴沿摩擦接触圆弧壁径向摆动，为了保证转子能自由摆动，连接爪顶面与转子座连接槽底两对应面制成圆弧面，三个转子花瓣均匀分布于同一圆周面上。安装有转子花瓣的转子连接座通过键与转轴相连，转轴通过轴承安装于转子机座的圆筒轴心处，在转子花瓣的圆弧筒外圆周安装摩擦片，通过销钉固连。当攀岩墙面在攀岩者体重作用下开始运转时，攀岩墙面通过传动机构带动体重自适应系统的转轴转动，进而带动转子连接座上的转子花瓣转动，在离心力的作用下转子花瓣沿摩擦接触圆弧壁径向外摆，致使摩擦片与定子机座内壁接触产生摩擦力，提供匀速运转所需的平衡摩擦阻力距。限速装置动态地提供摩擦阻力距，当攀岩者开始攀爬临界点时，限速装置转轴转速为零，不提供摩擦阻力距，在攀岩者重力作用下，攀岩墙面以重力加速度启动；当攀岩墙面运动起来以后，攀岩墙在攀岩者重力作用下，转速越来越快，与此同时，限速装置转轴转速也越来越快，使转子花瓣产生的离心力也越来越大，导致摩擦片与定子机座间的摩擦阻力越来越大，即攀岩墙的平衡阻力矩也越来越大。在这个过程中，攀岩墙的动力不变，但平衡阻力矩随着转速的增加而逐渐增大，攀岩墙是以加速度不断减小的形式在做加速运动，当转速达到一定值时，平衡阻力与攀岩者体重相等，加速度变为零，此时攀岩墙达到匀速运动状态。不同体重的攀爬者通过传动装置和限速器的作用可以获得近似相同的攀岩速度，实现体重自适应。
攀岩墙面带动的攀爬装置转轴的转速很慢，而限速装置需要较高转速，所以需要增速装置，同时降低所需平衡力矩，以减小限速器结构尺寸。采用两级增速链传动，低速级链传动采用固定传动比，高速级链传动采用变传动比，高速级链传动采用自行车变速装置，低速级大链轮通过键安装在攀爬装置传动机构的下传动轴，高速级的塔轮通过键安装在限速器转轴，低速级小链轮和高速级大链轮通过键在中间过渡轴，中间过渡轴通过两个轴承安装在轴承座内，轴承座安装在攀爬装置的机座。通过调节高速级传动比，可以获得不同的攀岩速度。保护制动装置由红外传感器和常开式电磁块式制动器构成，红外传感器安装在攀爬装置的机架两侧上，制动轮安装在攀岩装置的传动机构的下传动轴。同时该装置在攀爬初始和终止时起到到至关重要的作用，攀岩者开始攀岩时，人体触动红外传感器，制动装置抱死使攀岩墙静止不动，当攀岩者达到一定高度时，人体不再触动传感器，制动装置松开，攀岩墙开始运转，这样可以防止开始攀爬时攀岩者直接落到地面；当攀岩者想停止运动时，人落到一定高度点，人体触动红外传感器，制动装置抱死使攀岩墙静止不动，攀岩者顺着静止的攀岩墙爬下到达地面，保证安全。该装置在体重自适应系统失灵时直接抱死攀岩装置的下转轴上，起到保护制动的作用。所述圆弧壁厚8mm，三个圆弧筒面之间的间隙为Imm ;三个转子花瓣的接触圆弧壁面是由同一个圆柱筒面切割所得，过渡锥内壁面与圆弧面轴线成45° ;连接爪与圆弧壁轴线垂直，连接爪厚3mm，安装于转子花瓣与转子连接座相连接处；转子花瓣上的摩擦片与定子机座内壁距离为1_ ;摩擦片外圆弧面是锥度为0.5°的锥面，小锥端靠近转子与转子连接座的连接点。本发明与现有同类装置相比，其显著的有益效果体现在:1.适应不同体重攀岩者，在传动比相同条件下，不同体重攀岩者可以获得近似的攀岩速度；2.完全以攀岩者体重为动力，实现匀速攀岩，攀岩过程连续；3.通过调节传动比，可实现攀岩速度的调整；4.配备有保护制动装置，安全可靠；5.整机结构紧凑，功能可靠，占地空间小，可在家庭、健身房、娱乐场所得到广泛应用，促进攀岩运动的大众化；6.整机结构简单，环保节能，制造成本低，具有良好的经济效益和社会效益。
图1是一种体重自适应的自走式攀岩器总体结构示意图。图2是一种体重自适应的自走式攀岩器攀爬装置传动机构示意图。图3是一种体重自适应的自走式攀岩器攀爬装置支撑板滑道结构示意图。图4是一种体重自适应的自走式攀岩器体重自适应系统机构示意图。图5是一种体重自适应的自走式攀岩器限速器零部件拆分示意图。图6是一种体重自适应的自走式攀岩器限速器的轴剖面示意图。图7是一种体重自适应的自走式攀岩器限速器的A向端面示意图。图8是一种体重自适应的自走式攀岩器限速器的转子花瓣与连接座的连接示意图。图9是一种体重自适应的自走式攀岩器保护制动系统机构示意图。
具体实施例方式下面结合附图用实施例对本发明进行详细说明。如图1所示，一种体重自适应的自走式攀岩器由攀爬装置A、体重自适应系统B和保护制动装置C三部分组成。攀爬装置由机架、攀爬墙面和传动机构组成。机架由机座2、支架4和斜拉杆3构成，机座2开有地脚螺栓孔1，使整机固定不动，保证使用安全。为防止攀爬时攀爬装置倾倒，机座2的长度能够增加，在机座2和支架4间安装斜拉杆3，左右两侧支架4的下端通过焊接方式与机座2固连，保证二者垂直。攀爬墙面由支撑板7及安装在其上的支点6组成，支点6通过螺栓错落地安装在支撑板7上，并且在每块支撑板上排列有位置不同安装孔，以便调整支点位置来改变攀爬难度。支撑板7安装在攀岩装置传动机构的带有翼板的闭环链条上，如图2所示，传动机构由两组链条链轮与两根传动轴组成，链轮8、10通过键安装在传动轴14上，为使传动轴受力合理，两链轮到各自轴端距离为1/4轴长，链轮9、11通过键安装在传动轴15上，链轮8与链轮9、链轮10与链轮11在同一铅垂面内，带有翼板的链条12、13装在两组两链轮上，支撑板7通过螺栓安装在这两条链条的翼板上。四个链轮齿数相同，并要求安装在同一根轴上的链轮齿槽在同一水平线上，以保证搭接在链条上的支撑板在运转过程中保持水平。如图1和图3所示，为了保证支撑板在竖直面内稳定运转，在支架4内侧安装有支撑板滑道5，滑道由U型钢16和树脂滑槽17组成，U型钢16通过螺栓18固连在支架4上，树脂滑槽17通过胶粘内嵌在U型钢16内，树脂滑槽宽度略大于支撑板7的厚度。在U型钢16和树脂滑槽17外端留有一定间隙，用于螺栓18的安放，在装树脂滑槽17前，应先将螺栓装入。树脂滑槽具有良好顺滑性，保证支撑板运转顺畅、无噪声。为了平衡攀岩者体重以获得匀速攀岩速度，并获得不同攀岩速度，如图4所示，体重自适应系统由两级增速链传动和限速器27组成。通过增速链传动获得限速器所需的高转速，第一级链传动由链轮19、链轮20和链条21组成，固定传动比，大链轮19通过键安装在攀岩装置传动轴15上，第二级链传动由链轮24、塔轮25、变速器26和链条27组成，塔轮25通过键安装在限速器27的轴上，变速器26通过螺栓安装在限速器27的机座上，第二级链传动可实现变传动比，以实现不同的攀岩速度。链轮20和链轮24通过键安装在过渡轴22上，轴22通过两个轴承安装在支座23上。限速装置利用离心力提供攀爬墙面匀速运转的平衡力，可适应不同体重攀岩者，如图5、图6所示，限速装置由定子机座28、转轴29、转子花瓣30、转子连接座31、和摩擦片33组成，其中，转子花瓣共三个。如图7所示，转子花瓣30由摩擦接触圆弧筒面38、过渡锥筒面39和连接爪平面40三段构成三个转子花瓣的接触圆弧筒面是由同一个圆柱筒面切割所得，圆弧面板厚8mm。三个接触圆弧筒面之间的间隙A为1mm，这个间隙使内圆弧面互相支撑，使限速器不运转时三个转子花瓣向圆弧轴心径向位移较小，保证限速器启动时转子花瓣迅速到达工作圆周面区域以提供所需摩擦阻力，启动灵敏。过渡锥面37与摩擦接触圆弧筒面36轴线成45°，是摩擦接触圆弧筒面36与连接爪38的过渡部分。连接爪III与摩擦接触圆弧筒面36轴线垂直，连接爪厚3mm，安装于转子花瓣30与转子连接座31的相连接处。如图8所示，三个转子花瓣30通过连接销34与转子连接座31动连接。其中，转子连接座由与转轴相连的筒和与转子连接爪相连的连接槽构成，三个连接槽均匀分布在整个圆周。为了保证转子能自由摆动，连接爪顶面与转子座连接槽底的两对应面制成圆弧面，三个转子花瓣均匀分布于同一圆周面上。如图6所示，安装有转子花瓣的转子连接座通过键与轴29相连，为了便于转子花瓣安装调整，转子连接座安装在轴端；转轴通过轴承安装于转子机座的圆筒轴心处，为了增加摩擦力，在转子花瓣的接触圆弧筒外圆周安装摩擦片33，通过销钉固连。如图5所示，定子机座28由圆柱筒和支撑座组成，圆柱筒的内圆柱面是与转子花瓣接触摩擦的部位，支撑座用于支撑圆柱筒和转轴等部件，并通过螺栓与机架固连。如图6所示，定子机座28上的圆柱筒的内孔由两种直径构成，大径孔安装转子，小径孔安装轴承。如图6所示，转子花瓣上的摩擦片与定子机座内壁距离A为1mm，此较小距离保证限速器启动时摩擦片迅速与定子机座内壁接触产生摩擦力。如图6所示，摩擦片外圆弧面倾角a为0.5°的锥面，以保证转子花瓣外摆时，摩擦片与定子机座的圆筒内壁是面接触，而非线接触，提高限速器效能。当攀岩墙面在攀岩者体重作用下开始运转时，攀岩墙面通过传动机构带动体重自适应系统的转轴转动，进而带动转子连接座上的转子花瓣转动，在离心力的作用下转子花瓣沿摩擦接触圆弧筒面径向外摆，致使摩擦片与定子机座内壁接触产生摩擦力，提供匀速运转所需的平衡摩擦阻力距。为了防止攀岩者在攀爬过程中意外落到最低点而发生危险，如图9所示，本发明设置了保护制动装置，保护制动装置由红外传感器35和常开式电磁块式制动器36、37构成，红外传感器35安装在攀爬装置的机架4两侧上，红外传感器35距离地面0.4m,制动轮36安装在攀岩装置的传动机构的下传动轴15，拉杆机构37通过螺栓固连在机座。 操作方法及器械运转过程:1.攀岩者根据个人具体情况，通过变速器调节第二级链传动的传动比，以获得所需要的攀岩速度。2.攀岩者站近距离地攀爬墙面前，此时人体挡住保护制动装置的红外传感器，传感器发给常开式电磁块式制动器信号，使制动器抱死攀爬装置的下传动轴，此时，攀岩者可以在静止的攀爬墙面进行攀岩。3.当攀岩者脚离开地面0.4m后，身体不再遮挡红外传感器，此时制动器松开下传动轴，攀爬墙面在攀岩者体重作用下开始作加速运动。4.随着攀爬墙面速度逐渐增加，攀爬装置的下传动轴通过增速链传动带动限速器转子花瓣转动，而且速度越来越大，则离心力越来越大，摩擦阻力距也越来越大；在这个过程中，攀岩墙面是以逐渐减小的加速度作加速运动。5.当攀爬墙速度达到一定值时，限速器产生的摩擦阻力距与攀岩者重力相等，此时攀爬墙处于平衡状态，以恒定速度循环往复地运转。6.当攀岩者想停止攀爬时，人可以停止运动，人随着攀爬墙一块下行，当人脚到达红外线触发区域时，制动器制动器抱死攀爬装置的下传动轴，攀岩者可以在静止的攀爬墙面上爬下到地面。
该攀岩器在整个攀岩过程中，先静止，后逐渐加速，加速度逐渐减小，最终达到匀速，停止运动时攀爬墙面静止，整个过程平稳安全，而且可以适应不同体重攀岩者，能获得不同的攀岩速度。
权利要求
1.一种体重自适应的自走式攀岩器，其特征在于该攀岩器包括:攀爬装置、体重自适应系统和保护制动装置三部分，攀爬装置由机架、攀爬墙面和传动机构组成，其中机架由机座、支架和斜拉杆构成，机座安装有地脚螺栓，机座下设置地轮，左右两侧支架的下端通过焊接方式与机座固连，斜拉杆安装在机座和支架之间；攀爬墙面由支撑板及安装在其上的支点组成，支撑板安装在带有翼板的闭环链条上，支点通过螺栓错落地安装在支撑板上，并且在每块支撑板上排列有安装点，在支架内侧安装有支撑板滑道，滑道由U型钢和树脂滑槽组成，U型钢固连在支架上，树脂滑槽内嵌在U型钢内；传动机构由两组链条链轮与两根轴组成，两根轴分别通过轴承和轴承座安装在支架顶部和底部，每根轴上安装有两个链轮，上下两对应链轮分别处于竖直面内，带有翼板的链条装在上下两链轮上，四个链轮齿数相同，安装在同一根轴上的链轮齿槽在同一水平线上；体重自适应系统由限速器和两级链传动组成，限速装置由定子机座、转子花瓣、转子连接座、转轴和摩擦片组成，其中转子花瓣共三个，转子花瓣由摩擦接触圆弧筒面、过渡锥筒面和连接爪平面三段构成，转子连接座由与转轴相连的套筒和与转子连接爪相连的连接槽构成，定子机座由圆柱筒和支撑座组成，圆柱筒的内圆柱面是与转子花瓣接触摩擦的部位，支撑座通过螺栓与机架固连，三个转子花瓣通过连接销与转子连接座动相连，转子花瓣以连接销为转轴沿摩擦接触圆弧筒面径向摆动，连接爪顶面与转子座连接槽底两对应面为圆弧面，三个转子花瓣均匀分布于同一圆周面上，安装有转子花瓣的转子连接座通过键与转轴相连，转轴通过轴承安装于转子机座的圆筒轴心处，在转子花瓣的接触圆弧筒外圆周安装摩擦片，通过销钉固连，采用两级增速链传动，低速级链传动采用固定传动比，高速级链传动采用变传动比，高速级链传动采用自行车变速装置，低速级大链轮通过键安装在攀爬装置传动机构的下传动轴，高速级的塔轮通过键安装在限速器转轴，低速级小链轮和高速级大链轮通过键在中间过渡轴，中间过渡轴通过两个轴承安装在轴承座内，轴承座安装在攀爬装置的机座；保护制动装置由红外传感器和常开式电磁块式制动器构成，红外传感器安装在攀爬装置的机架两侧上，制动轮安装于攀岩装置的传动机构的下传动轴。
2.根据权利要求1所述的一种体重自适应的自走式攀岩器，其特征在于其中的圆弧壁厚8mm，三个圆弧筒面之间的间隙为Imm ;三个转子花瓣的接触圆弧筒面是由同一个圆柱筒面切割所得，过渡锥壁与圆弧面轴线成45° ;连接爪与圆弧壁面轴线垂直，连接爪厚3mm，位于转子花瓣与转子连接座相连接的部位；转子花瓣上的摩擦片与定子机座内壁距离为Imm ;摩擦片外圆弧面是锥度为0.5°的锥面，小锥端靠近转子与转子连接座的连接点。
全文摘要
本发明公开了一种体重自适应的自走式攀岩器，以攀岩者体重为驱动力、既能适应不同体重又能提供可选择攀爬的速度。该攀岩器包括攀爬装置、体重自适应系统和保护制动装置三部分。攀爬装置由机架、攀爬墙面和传动机构组成；体重自适应系统由限速装置和两级链传动组成；保护制动装置由红外传感器和常开式电磁块式制动器构成。本发明完全以攀岩者体重为动力，实现匀速攀岩，攀岩过程连续；通过调节传动比，可实现攀岩速度的调整；配备有保护制动装置，安全可靠；整机结构紧凑，功能可靠，占地空间小，可在家庭、健身房、娱乐场所得到广泛应用，促进攀岩运动的大众化。
文档编号A63B26/00GK103203094SQ20131013811
公开日2013年7月17日 申请日期2013年4月18日 优先权日2013年4月18日
发明者赵旭, 周博, 林琪, 王莹 申请人:辽宁科技大学