一种电控随速自动变刚度脚蹼系统
阅读：845发布：2021-12-04
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1.一种电控随速自动变刚度脚蹼系统，包括各至少一个的脚蹼本体(1)、加压腔、加压泵和向加压泵输送动力的动力源，其特征在于：所述加压泵与加压腔通过管道联通，加压腔、加压泵、管道及动力源均布置于脚蹼本体(1)之中，所述脚蹼本体(1)包括蹼板(101)、纵向龙骨(102)、容纳游泳者脚的鞋形舱(103)，所述纵向龙骨(102)位于蹼板(101)两条纵向侧边上或中部区域，蹼板(101)与鞋型舱(103)前后对接为一体，加压腔内容纳有加压介质，加压介质的具体种类包括常规液体、常规气体、非牛顿流体或DEFLEXION减震材料，所述动力源的具体种类包括供电电池及电动机的组合、微型发动机，加压泵的具体种类包括齿轮泵、柱塞泵、隔膜泵、离心泵、叶片泵，所述脚蹼本体(1)的具体类型包括双脚共穿一只的双脚单蹼、夹于双腿或双脚之间并被固定的仿生尾鳍、双脚各穿一只的双脚双蹼，还包括可变尾鳍。
2.根据权利要求1所述的一种电控随速自动变刚度脚蹼系统，其特征在于：当所述脚蹼本体(1)为双脚双蹼时，在左蹼和右蹼彼此相对的侧面上设有至少一对的将彼此相互定位的定位销和定位销座(106)，还装有将左蹼和右蹼彼此吸合在一起的至少一对的永磁体和铁磁性体(105)，或者至少一对的电磁铁和铁磁性体，即当双脚双蹼其中的一只蹼设有可定位的定位销，并设有可吸合的永磁体或电磁铁时，另一只蹼则设有可定位的定位销座，并设有可吸合的铁磁性体，并且，在定位销座内、定位销上或者左蹼和右蹼彼此相贴合的相对的侧面上，设有一个以上的电路导通装置(107)，所述电路导通装置(107)的两电极分别连接着加压泵、动力源，所述定位销的具体种类包括圆锥销、圆柱销、半球面销、弹性定位销、弹性锁销，所述电路导通装置(107)的具体类型包括常规电路导通开关、由导电的弹片和自身导电的定位销共同组成的电路导通开关。
3.根据权利要求2所述的一种电控随速自动变刚度脚蹼系统，其特征在于：所述鞋形舱(103)设有环绕游泳者脚后跟的脚蹼带(104)，当所述脚蹼本体(1)为双脚单蹼或双脚双蹼时，在双脚单蹼或双脚双蹼的左右鞋形舱(103)内的脚趾所及的位置、前脚掌上下左右所及的位置或者在左右脚蹼带(104)彼此相对的侧面上，设有一个以上的在按压状态下可导通的通电触发按钮(108)，其两电极分别连接着加压泵控制电路板的信号输入端的正负极，所述加压泵控制电路板通过导线连通动力源并操控动力源向加压泵输送动力、停止向加压泵输送动力或反泵泄压。
4.根据权利要求3所述的一种电控随速自动变刚度脚蹼系统，其特征在于：所述加压腔中填充有非牛顿流体或DEFLEXION减震材料，且在加压腔内部设置横隔膜，横隔膜以内为非牛顿流体或DEFLEXION减震材料，横隔膜以外填充常规液体或常规气体。
5.根据权利要求4所述的一种电控随速自动变刚度脚蹼系统，其特征在于：在平行于蹼板(101)的上、下表面且与所述加压腔的内壁相切或相平行的所述蹼板(101)或纵向龙骨(102)的上方、下方两个区域，分别设有将加压腔夹在中间的上夹片、下夹片。
6.根据权利要求5所述的一种电控随速自动变刚度脚蹼系统，其特征在于：在所述脚蹼本体(1)中，布置加压泵控制电路板、动力源的电动机的位置附近，设计有加压介质通过的冷却流道。
7.根据权利要求6所述的一种电控随速自动变刚度脚蹼系统，其特征在于：在所述加压腔与加压泵相连通的管道上或者在加压腔上设有袖珍的溢流阀，当加压泵的进口通过进管与外界相连通时，在该进管上设有阻挡杂质进入加压泵的过滤器或过滤网，当加压泵的进管不与外界相连通时，则该进管连接有储存加压介质的储存腔。
8.根据权利要求7所述的一种电控随速自动变刚度脚蹼系统，其特征在于：所述加压泵控制电路板联接有布置于加压腔内监测加压压力的压力传感器、布置于脚蹼本体(1)上的监测游泳者游速的测速传感器或监测游泳者摆腿频率的频率传感器、布置于电动机机壳上和功率放大电路模块上的监测温度的温度传感器，所述加压泵控制电路板上布置有监测供电电池输入电压的过压保护电路、监测加压泵输入电流的过流保护电路。
9.根据权利要求8所述的一种电控随速自动变刚度脚蹼系统，其特征在于：所述加压泵控制电路板设有工作时间控制电路、延时断电控制电路，所述加压泵控制电路板包含一种以上的集成电路芯片或控制电路模块，所述加压泵控制电路板设有的存储芯片或智能控制芯片内存储有3组以上的可修改的经典加压泵工作参数，所述加压泵控制电路板通过导线族连接有设置在脚蹼本体(1)表面的微型集成操作面板，该微型集成操作面板上设有开关机按键、微型显示屏、功能设置或切换按键、加减按钮，所述微型显示屏上可以显示选定的加压压力、选定的加压时间、选定的加压压力随游速或摆腿频率变化的斜率值、电动机机壳或功率放大电路模块的温度、电池的剩余电量、各种故障报警信息。
10.根据权利要求9所述的一种电控随速自动变刚度脚蹼系统，其特征在于：所述加压泵控制电路板通过导线连接并控制有至少一个的位于脚蹼本体(1)表面的小光源。
一种电控随速自动变刚度脚蹼系统
技术领域
背景技术
[0002] 当代社会，游泳运动和潜水运动越来越普及，各种游泳装备、潜水装备层出不穷，绝大多数的游泳装备和潜水装备都是以脚蹼为前进的主要推进工具，常见的有双脚各穿一只的双脚双蹼和双脚共穿一只的双脚单蹼，还有双脚共穿一只的仿生尾鳍，双脚双蹼是游泳者通过双腿交替打水产生前进的推动力，双脚单蹼和仿生尾鳍是游泳者通过双腿同步打水产生前进的推动力。
[0003] 无论是双脚双蹼、双脚单蹼还是仿生尾鳍，均有其最适合的单一打水频率，游泳者只有以该打水频率打水，才能获得最佳的推进力；当游泳者希望改变游速，比如以更高的频率打水高速快游或者以较低的频率打水低速慢游时，推进的效率均会下降，尤其是当游泳者以较高的频率打水时，不仅推进效率不高，而且还会很快产生疲劳感。
发明内容
[0004] 针对当今现有的游泳装备和潜水装备的主要推进工具双脚双蹼、双脚单蹼和仿生尾鳍所没有较好地解决在高速快游和低速慢游两种状态下均能获得较高的推进效率的不足之处，本发明人结合人体运动结构特点，通过科学合理地运用人体工学，提供出一种电控随速自动变刚度脚蹼系统，借助其刚度随速自动调节功能，游泳者可以在高频打水高速快游时增大其纵向弯曲刚度，也可以在低频打水低速慢游时减小其纵向弯曲刚度，从而根据游速调节其推进功率；游泳者无论在何种频率下打水，均可以有效提高有用功的比重，最大限度地提升游泳和潜水的前进效率和游速且节省体力，充分发挥出游泳者在水中的行进潜能。此外，游泳者通过变速巡游，可以有效降低长距离、长时间连续巡游时产生的疲劳感。
[0005] 本发明具体采用如下方案：
[0006] 一种电控随速自动变刚度脚蹼系统，包括各至少一个的脚蹼本体、加压腔、加压泵和向加压泵输送动力的动力源，其特征在于：所述加压泵与加压腔通过管道联通，加压腔、加压泵、管道及动力源均布置于脚蹼本体之中，所述脚蹼本体包括蹼板、纵向龙骨、容纳游泳者脚的鞋形舱，所述纵向龙骨位于蹼板两条纵向侧边上或中部区域，纵向侧边即纵向轮廓外延，蹼板与鞋型舱前后对接为一体，所述加压泵和加压腔通常布置于蹼板内靠近鞋型舱的附近，加压腔包括纵向龙骨内中空的锥管、异形腔体或同时包括锥管和异形腔体，所述锥管的纵轴线为曲线或直线，垂直于锥管的纵轴线的锥管内腔横截面为非圆形或圆形，且各锥管内腔横截面周长自游泳者行进方向的前方一端向游泳者行进方向的后方一端逐渐减小，所述异形腔体通常为蹼板和鞋型舱将多余的实体部分掏空，仅留出壁厚的厚度所获得的空腔，由于所述蹼板和鞋型舱沿游泳者行进的方向看，通常前厚后薄，因此，所述异形腔体通常为沿游泳者行进的方向前大后小的楔状腔体；加压腔内容纳有加压介质，加压介质的具体种类包括但不限于常规液体、常规气体、非牛顿流体或DEFLEXION减震材料，所述常规液体通常包括但不限于水、润滑油、液压油、刹车油、润滑液、硅油、桐油、重油或液态锂基脂，所述常规气体通常包括但不限于空气、惰性气体，加压腔内容纳的加压介质通常为水；所述动力源的具体种类包括但不限于供电电池及电动机的组合、微型发动机，加压泵的具体种类包括但不限于齿轮泵、柱塞泵、隔膜泵、离心泵、叶片泵，加压泵通常为结构简单、对加压介质的清洁度要求不高、工作稳定可靠且输出压力较高的齿轮泵，当加压泵为隔膜泵时，可省掉电动机；所述脚蹼本体的具体类型包括但不限于双脚共穿一只的双脚单蹼、夹于双腿或双脚之间并被固定的仿生尾鳍、双脚各穿一只的双脚双蹼，还包括可变尾鳍，双脚单蹼即海豚蹼。
[0007] 本发明中所述的常规液体，其物理特性没有超乎寻常或异与通常概念液体的特性或表现；本发明中所述的常规气体，其物理特性没有超乎寻常或异与通常概念气体的特性或表现。
[0008] 当所述脚蹼本体为双脚双蹼时，在左蹼和右蹼彼此相对的侧面上设有至少一对的将彼此相互定位的定位销和定位销座，还装有将左蹼和右蹼彼此吸合在一起的至少一对的永磁体和铁磁性体，或者至少一对的电磁铁和铁磁性体，即当双脚双蹼其中的一只蹼设有可定位的定位销，并设有可吸合的永磁体或电磁铁时，另一只蹼则设有可定位的定位销座，并设有可吸合的铁磁性体，铁磁性体即导磁体，并且，在定位销座内、定位销上或者左蹼和右蹼彼此相贴合的相对的侧面上，设有一个以上的电路导通装置，通常为成对的电路导通装置，所述电路导通装置的两电极分别连接着加压泵、动力源；所述定位销的具体种类包括但不限于圆锥销、圆柱销、半球面销、弹性定位销、弹性锁销，所述电路导通装置的具体类型包括但不限于常规电路导通开关、由导电的弹片和自身导电的定位销共同组成的电路导通开关，所述常规电路导通开关即行程开关。
[0009] 当定位销插入定位销座或者左蹼和右蹼的相对的侧面彼此相贴合时，所述各种电路导通装置均能被触动并导通，由于其被导通的两电极分别连接着加压泵、动力源，于是每一只蹼的加压泵均得电并开始工作。
[0010] 游泳者双脚交替打水，具有一定游速后，双蹼横向并拢，依靠左蹼和右蹼彼此相对的侧面上设有的成对的定位销和定位销座相互定位，并依靠左蹼和右蹼彼此相对的侧面上设有的成对的永磁体和铁磁性体，相互吸合，左蹼和右蹼彼此相贴合的相对的侧面上，设有的通常成对的电路导通装置均导通，左右加压泵均加电工作，左右加压腔均被加压，左蹼和右蹼的纵向弯曲刚度同时增大，推进功率随之增大，游速增大。
[0011] 所述定位销的制作材料可以为永磁体或铁磁性体，也可为不具有磁性的金属材料或非金属材料。
[0012] 所述鞋形舱通常设有环绕游泳者脚后跟并束紧的脚蹼带，脚蹼带即蛙鞋带、后跟带、环形绑带，当所述脚蹼本体为双脚单蹼或双脚双蹼时，在双脚单蹼或双脚双蹼的左右鞋形舱内的脚趾所及的位置、前脚掌上下左右所及的位置或者在左右脚蹼带彼此相对的侧面上，设有一个以上的在按压状态下可导通的通电触发按钮，通常为成对的通电触发按钮，所述通电触发按钮即通电触发开关，其两电极分别连接着加压泵控制电路板的信号输入端的正负极，所述加压泵控制电路板通过导线连通动力源并操控动力源向加压泵输送动力、停止向加压泵输送动力或反泵泄压。
[0014] 双脚双蹼的左蹼和右蹼通常各配有一套独立的脚蹼本体、加压腔、加压泵、向加压泵输送动力的动力源以及加压泵控制电路板；当游泳者将双脚的脚后跟用力相碰时，左右脚蹼带上的通常成对的通电触发按钮同时被挤压触发并导通，由于通电触发按钮的两电极分别连接着加压泵控制电路板的信号输入端的正负极，该触发信号被加压泵控制电路板中设有的功率放大电路模块放大后，借助动力源，驱动加压泵从静止状态下得电开始加压工作，而在加压工作状态下的加压泵则失电转为静止状态或反泵泄压，于是加压泵的加压工作、静止或反泵泄压的状态得以相互切换。另外，游泳者的左脚可以单独操控左侧的加压泵工作，游泳者的右脚可以单独操控右侧的加压泵工作，此时，游泳者通过双脚的脚趾、前脚掌或脚后跟的动作，分别触发位于左右鞋形舱内的通电触发按钮或者共同触发左右脚蹼带上的通常成对的通电触发按钮，通过各自的加压泵控制电路板并借助其动力源使得左右加压泵各自加电工作，左右加压腔各自被加压，从而使得左蹼和右蹼的纵向弯曲刚度同时增大；游泳者双脚同步操控左右两侧的加压泵同时加压，使得左蹼和右蹼的纵向弯曲刚度同时增大，推进功率也同时增大，即实现了加速功能；游泳者双脚异步操控左右两侧的加压泵不同时加压，左蹼和右蹼的纵向弯曲刚度不同时增大，推进功率也不同时增大，即实现了转弯功能。
[0015] 游泳者既可以高频打水高速快游，也可以低频打水低速慢游，无论在何种频率下打水，该电控随速自动变刚度双脚双蹼系统均能随速自动改变左右脚蹼本体的纵向弯曲刚度，从而有效提高有用功的比重，最大限度地提升游泳和潜水的前进效率和游速且节省体力，充分发挥出游泳者在水中的行进潜能，最终达到长时间、长距离连续高速巡游的目的。此外，游泳者通过变速巡游，还可以有效降低长距离、长时间连续巡游时产生的疲劳感。
[0016] 双脚单蹼的左侧纵向龙骨中的中空锥管、右侧纵向龙骨中的中空锥管也可以各配有一套独立的加压腔、加压泵、向加压泵输送动力的动力源以及加压泵控制电路板；游泳者的左脚单独操控左侧的加压泵工作，游泳者的右脚单独操控右侧的加压泵工作，即同侧操控；游泳者的左脚单独操控右侧的加压泵工作，游泳者的右脚单独操控左侧的加压泵工作，即异侧操控；无论是同侧操控还是异侧操控，游泳者均可双脚同步操控左右两侧的加压泵同时加压，此时，游泳者同样通过双脚的脚趾、前脚掌或脚后跟的动作，也分别触发位于左右鞋形舱内的通电触发按钮或者共同触发左右脚蹼带上的通常成对的通电触发按钮，通过各自的加压泵控制电路板并借助其动力源使得左右加压泵各自加电工作，左右加压腔各自被加压，从而使得左右两侧的纵向龙骨的纵向弯曲刚度同时增大，推进功率也同时增大，即也实现了加速功能；游泳者双脚同样也可以异步操控左右两侧的加压泵不同时加压，使得左右两侧的纵向龙骨的纵向弯曲刚度不同时增大，推进功率也不同时增大，即也实现了转弯功能。双脚单蹼的左侧纵向龙骨中的中空锥管、右侧纵向龙骨中的中空锥管还可以共用一套脚蹼本体、加压腔、加压泵、向加压泵输送动力的动力源以及加压泵控制电路板，此时，需要游泳者的双脚相互配合动作，通过双脚的脚趾、前脚掌或脚后跟的配合动作，共同触发分别位于左右鞋形舱内或者左右脚蹼带上的通常成对的所述通电触发按钮，通过加压泵控制电路板并借助动力源使得加压泵加电工作，加压腔被加压，从而使得左右两侧的纵向龙骨的纵向弯曲刚度同时增大，推进功率也同时增大，即也实现了加速功能，此结构相对简化，但不具有异步操控功能，即不具有转弯功能。
[0017] 游泳者既可以高频打水高速快游，也可以低频打水低速慢游，无论在何种频率下打水，该电控随速自动变刚度双脚单蹼系统均能随速自动改变脚蹼本体的纵向弯曲刚度，从而有效提高有用功的比重，最大限度地提升游泳和潜水的前进效率和游速且节省体力，充分发挥出游泳者在水中的行进潜能，最终达到长时间、长距离连续高速巡游的目的。此外，游泳者通过变速巡游，还可以有效降低长距离、长时间连续巡游时产生的疲劳感。
[0019] 所述横隔膜可以阻挡其两侧的介质的相互渗透，同时可将压力从其一侧传递至另一侧，当加压泵向加压腔加压时，受压的非牛顿流体或DEFLEXION减震材料能够进一步放大所述脚蹼本体的纵向弯曲刚度的变化范围。
[0020] 所述非牛顿流体为速度敏感材料，随着加压腔被弯折速率的增大而变硬，从而使得所述电控随速自动变刚度脚蹼系统具有随速自动变刚度特性；所述DEFLEXION减震材料为压力敏感材料，随着加压腔内压力的升高而变硬，从而使得所述电控随速自动变刚度脚蹼系统具有随压自动变刚度特性。
[0021] 上一段落中，所述的非牛顿流体也可以替换为其它的速度敏感材料，也同样可以随着加压腔被弯折速率的增大而变硬，并同样可以使得所述电控随速自动变刚度脚蹼系统具有随速自动变刚度特性；所述的DEFLEXION减震材料也可以替换为其它的压力敏感材料，也同样可以随着加压腔内压力的升高而变硬，并同样可以使得所述电控随速自动变刚度脚蹼系统具有随压自动变刚度特性。
[0022] 当游泳者摆动所述脚蹼本体时，所述装有非牛顿流体或DEFLEXION减震材料的加压腔在上下弯曲的过程中被挤压、弯曲、剪切，且容积发生改变，加压腔中的非牛顿流体或DEFLEXION减震材料也被挤压、弯曲、剪切；游泳者摆腿的频率或速率越高，非牛顿流体或DEFLEXION减震材料被挤压、弯曲、剪切的频率或速率越高，加压腔内的压力升高越明显，所述加压腔的纵向弯曲刚度增大得越多，随速自动变刚度特性越明显，从而提高推进功率和游速并在高游速下仍然保持较高的推进效率；反之，游泳者摆腿的频率或速率越低，所述加压腔的纵向弯曲刚度越小，从而降低推进功率和游速并在低游速下仍然保持较高的推进效率。
[0023] 游泳者俯卧于水中的游泳姿势状态下，在平行于蹼板的上、下表面且与所述加压腔的内壁相切或相平行的所述蹼板或纵向龙骨的上方、下方两个区域，分别设有将加压腔夹在中间的上夹片、下夹片，即两片夹一腔的结构。
[0024] 所述上夹片和下夹片的作用是进一步增强脚蹼本体在加压腔加压后的纵向弯曲刚度发生改变的程度，从而进一步放大所述电控随速自动变刚度脚蹼系统的刚度随速自动调节功能。
[0025] 增加了上夹片、下夹片后的所述楔状腔体，在加压腔加压后，楔状腔体在上夹片、下夹片的上下夹击作用下，刚度的变化更加明显，从而使得所述电控随速自动变刚度脚蹼系统的刚度随速自动调节功能更加突出；所述上夹片、下夹片以及楔状腔体还可同步延伸至脚蹼本体的蹼板除去包裹脚的部分之外的全面积，以增大上夹片、下夹片的作用容积，从而进一步增加楔状腔体刚度随速自动变化的直观性，也使得所述电控随速自动变刚度脚蹼系统的刚度随速自动调节功能进一步增强。
[0026] 所述上夹片、下夹片通常为刚性材料制作的薄片，制作上夹片、下夹片的材料通常包括但不限于工程塑料、玻璃钢、碳纤维、薄壁钢、铝合金、钛合金、薄壁铜合金、陶瓷、钢化玻璃、竹、木材、尼龙、高弹橡胶或聚氨酯；制作上夹片、下夹片的材料也可以为本段中上述材料两种以上相复合或相粘合而成的材料，即通过物理方法合成、复合的材料；所述上夹片和下夹片可以用同一材料制作，也可以用不同材料制作。当所述蹼板本身即为刚性材料时，上夹片、下夹片可以省略，相应地所述楔状腔体即是在蹼板中直接掏出的腔体。
[0027] 本发明也可以将上夹片和下夹片合并为单层的夹片，在其上方和下方分别设置将其夹在中间的上加压腔、下加压腔，即两腔夹一片的结构。还可以将夹片和加压腔均设置为单层，即单腔单片的结构。
[0028] 设有上夹片和下夹片并将加压腔夹在中间，即两片夹一腔，加压后的脚蹼本体的纵向弯曲刚度提升效果最明显；设有上加压腔和下加压腔并将单层的夹片夹在中间，即两腔夹一片，加压后的脚蹼本体的纵向弯曲刚度提升效果中等；设有单层的加压腔和单层的夹片，即单腔单片，加压后的脚蹼本体的纵向弯曲刚度提升效果最差。
[0029] 在所述脚蹼本体中，布置加压泵控制电路板、动力源的电动机的位置附近，设计有加压介质通过的冷却流道。当加压介质流过加压泵控制电路板、动力源的电动机附近的冷却流道时，将该二者的发热量带走，以为该二者冷却降温并提高工作可靠性。
[0030] 在所述加压腔与加压泵相连通的管道上或者在加压腔上设有袖珍的溢流阀。当加压泵的进口通过进管与外界相连通时，在该进管上设有阻挡杂质进入加压泵的过滤器或过滤网，即为液压中所称的开式系统；当加压泵的进管不与外界相连通时，则该进管连接有储存加压介质的储存腔，即为液压中所称的闭式系统。
[0031] 所述袖珍的溢流阀实质为保障极限工作压力不超出安全上限的袖珍的安全阀。所述袖珍的溢流阀可选择能够设定溢流压力的可调节溢流阀，用以调节所述脚蹼本体的极限纵向弯曲刚度上限。
[0032] 无论是开式系统布置方式还是闭式系统布置方式，均能有效阻挡杂质进入加压泵中，保障其长期稳定工作，提高可靠性。
[0033] 在加压泵的进管上还可设有控制进管通断的袖珍的电磁阀，该袖珍的电磁阀通过导线连接着加压泵控制电路板并受其控制，袖珍的电磁阀即袖珍的电控开关阀。
[0034] 所述加压泵控制电路板联接有布置于加压腔内监测加压压力的压力传感器，一旦加压压力达到预设的上限，加压泵控制电路板上设有的相应的加压压力控制电路或加压压力控制芯片发出指令停泵；所述加压泵控制电路板也可以联接有布置于脚蹼本体上的监测游泳者游速的测速传感器或监测游泳者摆腿频率的频率传感器，随着游泳者游速的增大或者摆腿频率的增大，加压泵控制电路板上设有的相应的加压压力控制电路或加压压力控制芯片自动提高所述压力传感器所监测的加压压力的上限值，从而使得加压压力更高，进而使得所述脚蹼本体的纵向弯曲刚度随速自动变大，也使得所述脚蹼本体的推进功率随速自动变大，即所述电控随速自动变刚度脚蹼系统具有随速自动变刚度的功能，所述测速传感器通常为GPS测速传感器；所述加压泵控制电路板还可以联接有布置于电动机机壳上和功率放大电路模块上的监测温度的温度传感器，一旦电动机机壳或功率放大电路模块的温度高于设定的上限，加压泵控制电路板上设有的相应的超温保护控制电路或超温保护控制芯片发出指令停泵，从而提高系统工作的可靠性和电路元器件的工作寿命；所述加压泵控制电路板上布置有监测供电电池输入电压的常见类型的过压保护电路，一旦供电电池输入电压高于设定的上限或低于设定的下限，加压泵控制电路板则不会启动加压泵工作，从而有效防止供电电池输入电压高于设定的上限或低于设定的下限对加压泵的损伤；所述加压泵控制电路板上还可以布置有监测加压泵输入电流的常见类型的过流保护电路，一旦加压泵输入电流高于设定的上限，加压泵控制电路板发出指令停泵，从而有效防止加压泵输入电流高于设定的上限对加压泵及供电电池的损伤，所述过流保护电路也可以替代为简单的保险管。
[0035] 所述加压泵控制电路板设有常见类型的工作时间控制电路，用以设定和控制加压泵的工作时间；所述加压泵控制电路板还可以设有常见类型的延时断电控制电路，在无任何操作的情况下，系统在设定的关机时间自动关闭电源，以节省点能；所述加压泵控制电路板包含一种以上的常见类型的集成电路芯片或控制电路模块；所述加压泵控制电路板设有的存储芯片或智能控制芯片内存储有3组以上的可修改的经典加压泵工作参数，开机时自动调用经典加压泵工作参数或最近的一组加压泵工作参数，使用频率最高的加压泵工作参数自动存储为最新的经典加压泵工作参数并优先调用，即该系统具有最基础的智能功能和自学习功能；所述加压泵控制电路板还可以通过导线族连接有设置在脚蹼本体表面的微型集成操作面板，该微型集成操作面板上设有开关机按键、微型显示屏、功能设置或切换按键、加减按钮等，所述微型显示屏上可以显示选定的加压压力、选定的加压时间、选定的加压压力随游速或摆腿频率变化的斜率值、电动机机壳或功率放大电路模块的温度、电池的剩余电量、各种故障报警等信息，游泳者可以方便地读取信息和操作设置；游泳者可以根据自身的加速能力选择适合自己的所述加压压力随游速或摆腿频率变化的斜率值。
[0036] 所述加压泵控制电路板通过导线连接并控制有至少一个的位于脚蹼本体表面的小光源，所述小光源通常为高亮度且节能长寿命的LED光源，用于驱赶或警示水中大型掠食动物、有毒动物或危险动物，同时也便于同伴随时发现自己，该小光源通常有常亮和频闪两种工作模式可供选择。
[0037] 本发明中，双脚单蹼的纵向龙骨通常为左右两根，分别位于双脚单蹼的蹼板的左右两侧的两条纵向侧边上，通常情况下，该两根纵向龙骨内部均包含中空的锥管并设为加压腔；仿生尾鳍的纵向龙骨通常也为左右两根，分别位于仿生尾鳍的鳍板的左右两侧的两条纵向侧边上，通常情况下，该两根纵向龙骨也均包含中空的锥管并设为加压腔；双脚双蹼的每一只蹼的纵向龙骨通常也为左右两根，分别位于双脚双蹼的每一只蹼的左右两侧的两条纵向侧边上，通常情况下，该四根纵向龙骨也均包含中空的锥管并设为加压腔。
[0038] 所述可变尾鳍包括主尾鳍和布置于主尾鳍左右两侧并分别与主尾鳍相铰接的左尾鳍和右尾鳍，主尾鳍、左尾鳍、右尾鳍相互平行且与游泳者所处水域的水面平行，主尾鳍加上左尾鳍再加上右尾鳍的鳍展宽度可变或鳍展面积可变，主尾鳍的前端连接尾鳍固定杆，尾鳍固定杆固定于游泳者的双腿之间或双脚之间，尾鳍固定杆中部区间的左右两侧分别设有固定游泳者左右脚的2个变鳍踏板，2个变鳍踏板分别通过各自的铰接轴与尾鳍固定杆分别相铰接，2个变鳍踏板还分别通过各自的联动元件与左尾鳍、右尾鳍实现同侧联接或异侧联接；游泳者通过同步转动脚踝或异步转动脚踝可实现摆动可变尾鳍过程中调整可变尾鳍的鳍展宽度或鳍展面积的功能，即实现加减速功能或转向功能。游泳者行进的方向为前方。左尾鳍包括左鳍板和位于左鳍板的左外侧的纵向侧边上的左纵向龙骨，右尾鳍包括右鳍板和位于右鳍板的右外侧的纵向侧边上的右纵向龙骨，通常情况下，左纵向龙骨和右纵向龙骨均包含中空的锥管并设为加压腔。
[0039] 或者，所述可变尾鳍包括尾鳍固定杆和布置于尾鳍固定杆末端左右两侧并分别与尾鳍固定杆相铰接的左尾鳍和右尾鳍，左尾鳍与右尾鳍相互平行且与游泳者所处水域的水面平行，左尾鳍加上右尾鳍的鳍展宽度可变或鳍展面积可变，尾鳍固定杆的前端固定于游泳者的双腿之间或双脚之间，尾鳍固定杆中部区间的左右两侧分别设有固定游泳者左右脚的2个变鳍踏板，2个变鳍踏板分别通过各自的铰接轴与尾鳍固定杆分别相铰接，2个变鳍踏板还分别通过各自的联动元件与左尾鳍、右尾鳍实现同侧联接或异侧联接；游泳者通过同步转动脚踝或异步转动脚踝可实现摆动可变尾鳍过程中调整可变尾鳍的鳍展宽度或鳍展面积的功能，即实现加减速功能或转向功能。游泳者行进的方向为前方。左尾鳍包括左鳍板和位于左鳍板的左外侧的纵向侧边上的左纵向龙骨，右尾鳍包括右鳍板和位于右鳍板的右外侧的纵向侧边上的右纵向龙骨，通常情况下，左纵向龙骨和右纵向龙骨也均包含中空的锥管并设为加压腔。
[0040] 本发明中，制作所述蹼板、鳍板、纵向龙骨、加压腔的材料通常包括但不限于高弹橡胶、塑料、聚氨酯、硅胶、玻璃钢、碳纤维、薄壁钢、铝合金、钛合金、薄壁铜合金、钢化玻璃、竹、木材或尼龙，轻质且高强度，以满足长时间、大负荷工作的要求。
[0041] 制作所述蹼板、鳍板、纵向龙骨、加压腔的材料也可以为上一段落中两种以上的材料相复合或相粘合而成的材料，即通过物理方法合成、复合的材料，比如蹼板、鳍板可用内衬的玻璃钢或碳纤维作基板，在其外部包裹粘贴高弹橡胶的方式制作而成。
[0042] 所述蹼板和纵向龙骨、鳍板和纵向龙骨，可以用同一材料制作，也可以用不同材料制作。
[0043] 本发明中，制作所述蹼板、鳍板、纵向龙骨、加压腔的材料还可以为含有一层以上的加强层的高弹橡胶、塑料、聚氨酯或硅胶，所述加强层通常为夹布、夹金属丝的编制层，以增强蹼板、鳍板、纵向龙骨、加压腔的抗压能力和加压后的纵向刚度变化幅度。
[0044] 本发明中所述的鳍展宽度类同于鸟类的翼展宽度，鳍展面积类同于鸟类的翼展面积。
[0045] 本发明的优点在于：
[0046] 1.本发明的一种电控随速自动变刚度脚蹼系统，包括各至少一个的脚蹼本体、加压腔、加压泵和向加压泵输送动力的动力源，加压腔内容纳有加压介质，随着加压泵通过管道向加压腔加压，所述脚蹼本体的纵向弯曲刚度逐渐增大，脚蹼本体的推进功率随之增大。
[0047] 2.本发明的双脚双蹼横向并拢后，依靠左蹼和右蹼彼此相对的侧面上设有的成对的定位销和定位销座相互定位，并依靠左蹼和右蹼彼此相对的侧面上设有的成对的永磁体和铁磁性体，或者成对的电磁铁和铁磁性体，相互吸合，定位销座内、定位销上或者左蹼和右蹼彼此相贴合的相对的侧面上，设有的通常成对的电路导通装置导通，左右加压泵均加电工作，左右加压腔均被加压，左蹼和右蹼的纵向弯曲刚度同时增大，推进功率随之增大，游速也随之增大。
[0048] 3.本发明的双脚双蹼、双脚单蹼可配有左右两套相互独立的加压腔、加压泵、向加压泵输送动力的动力源以及加压泵控制电路板，游泳者通过双脚的脚趾、前脚掌或脚后跟的动作，同步或异步操控左右两侧的加压腔加压、减压，从而实现所述电控随速自动变刚度脚蹼系统的加速、减速以及转弯功能。
[0049] 4.本发明的加压腔可填充非牛顿流体或DEFLEXION减震材料，并在加压腔内部设置横隔膜，横隔膜以内为非牛顿流体或DEFLEXION减震材料，横隔膜以外填充常规液体或常规气体，横隔膜可以阻挡其两侧的介质的相互渗透，同时可将压力从其一侧传递至另一侧，当加压泵向加压腔加压时，非牛顿流体或DEFLEXION减震材料能够进一步放大所述脚蹼本体的纵向弯曲刚度的变化范围。
[0050] 5.本发明的增加了上夹片、下夹片后的所述楔状腔体，在加压腔加压后，楔状腔体在上夹片、下夹片的上下夹击作用下，刚度的变化更加明显，从而使得所述电控随速自动变刚度脚蹼系统的刚度随速自动调节功能更加突出。
[0051] 6.本发明的布置在加压泵控制电路板、动力源的电动机附近的冷却流道，利用加压介质流过时将加压泵控制电路板、动力源的电动机的发热量带走，可以有效为该二者冷却降温并提高工作可靠性。
[0052] 7.本发明的与加压腔相连通的袖珍的溢流阀，可保障极限工作压力不超出安全上限，调节该溢流阀还可以调节脚蹼本体的极限纵向弯曲刚度上限。
[0053] 8.本发明的开式系统布置方式和闭式系统布置方式，均能有效阻挡杂质进入加压泵中，保障其长期稳定工作，提高可靠性。
[0054] 9.本发明的布置于加压腔内的压力传感器，可有效防止加压压力超出预设的上限，布置于脚蹼本体上的测速传感器或频率传感器，使得加压压力随速自动增大，从而使得所述电控随速自动变刚度脚蹼系统具有随速自动变刚度的功能，布置于电动机机壳上和功率放大电路模块上的温度传感器，可有效防止电动机机壳或功率放大电路模块的温度超出设定的上限，从而提高系统工作的可靠性和电路元器件的工作寿命；所述过压保护电路，可有效防止供电电池输入电压高于设定的上限或低于设定的下限对加压泵的损伤，所述过流保护电路，可有效防止加压泵输入电流高于设定的上限对加压泵及供电电池的损伤。
[0055] 10.本发明的加压泵控制电路板设有常见类型的工作时间控制电路，用以设定和控制加压泵的工作时间，还设有常见类型的延时断电控制电路，在无任何操作的情况下，系统在设定的关机时间自动关闭电源，以节省点能；所述加压泵控制电路板设有的存储芯片或智能控制芯片内存储有3组以上的可修改的经典加压泵工作参数，并具有最基础的智能功能和自学习功能；所述设置在脚蹼本体表面的微型集成操作面板，设有开关机按键、微型显示屏、功能设置或切换按键、加减按钮等，微型显示屏上可以显示选定的加压压力、选定的加压时间、选定的加压压力随游速或摆腿频率变化的斜率值、电动机机壳或功率放大电路模块的温度、电池的剩余电量、各种故障报警等信息，以方便游泳者读取信息和操作设置；游泳者可以根据自身的加速能力选择适合自己的所述加压压力随游速或摆腿频率变化的斜率值。
[0056] 11.本发明的所述加压泵控制电路板通过导线连接并控制有至少一个的位于脚蹼本体表面的小光源，用于驱赶或警示水中大型掠食动物、有毒动物或危险动物，同时也便于同伴随时发现自己，该小光源通常有常亮和频闪两种工作模式可供选择。
[0058] 图1为本发明的电控随速自动变刚度双脚双蹼系统的外形结构简图。
[0059] 图2为本发明的电控随速自动变刚度双脚单蹼系统的外形结构简图。
[0060] 图中：1、脚蹼本体；101、蹼板；102、纵向龙骨；103、鞋形舱；104、脚蹼带；105、永磁体和铁磁性体；106、定位销和定位销座；107、电路导通装置；108、通电触发按钮。
具体实施方式
[0061] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
[0062] 如图1所示，本发明的电控随速自动变刚度双脚双蹼系统的外形结构展示。
[0063] 所述电控随速自动变刚度双脚双蹼由左蹼和右蹼组成，左蹼和右蹼均主要包括脚蹼本体1、加压腔、加压泵和向加压泵输送动力的动力源，所述加压泵与加压腔通过管道联通，加压腔、加压泵、管道及动力源均布置于脚蹼本体1之中，所述脚蹼本体1主要包括蹼板101、纵向龙骨102、容纳游泳者脚的鞋形舱103，所述纵向龙骨102位于蹼板101两条纵向侧边上，蹼板101与鞋型舱103前后对接为一体，加压腔内容纳有加压介质，加压介质通常为水。
[0064] 在左蹼和右蹼彼此相对的侧面上设有2对的将彼此相互定位的定位销和定位销座106，还装有将左蹼和右蹼彼此吸合在一起的成对的永磁体和铁磁性体105；在左蹼和右蹼彼此相贴合的相对的侧面上，设有成对的电路导通装置107，所述电路导通装置107的两电极分别连接着加压泵、动力源，图1中的电路导通装置107为常规电路导通开关。
[0065] 所述左蹼和右蹼的鞋形舱103均设有环绕游泳者脚后跟的脚蹼带104，在左右脚蹼带104彼此相对的侧面上，设有成对的在按压状态下均可导通的通电触发按钮108，它们的两电极均分别连接着各自的加压泵控制电路板的信号输入端的正负极，所述加压泵控制电路板通过导线连通动力源并操控动力源向加压泵输送动力、停止向加压泵输送动力或反泵泄压。
[0066] 如图2所示，本发明的电控随速自动变刚度双脚单蹼系统的外形结构展示。
[0067] 所述电控随速自动变刚度双脚单蹼，主要包括脚蹼本体1、加压腔、加压泵和向加压泵输送动力的动力源，所述加压泵与加压腔通过管道联通，加压腔、加压泵、管道及动力源均布置于脚蹼本体1之中，所述脚蹼本体1主要包括蹼板101、纵向龙骨102、容纳游泳者脚的鞋形舱103，所述纵向龙骨102位于蹼板101两条纵向侧边上，蹼板101与鞋型舱103前后对接为一体，加压腔内容纳有加压介质，加压介质通常为水。
[0068] 左右鞋形舱103均设有环绕游泳者脚后跟的脚蹼带104，在左右脚蹼带104彼此相对的侧面上，设有成对的在按压状态下均可导通的通电触发按钮108，它们的两电极均分别连接着各自的加压泵控制电路板的信号输入端的正负极，所述加压泵控制电路板通过导线连通动力源并操控动力源向加压泵输送动力、停止向加压泵输送动力或反泵泄压。
[0069] 本发明的具体实施例如下：
[0070] 实施例一：如图1所示，本发明的电控随速自动变刚度双脚双蹼系统。
[0071] 所述电控随速自动变刚度双脚双蹼由左蹼和右蹼组成，左蹼和右蹼均主要包括脚蹼本体1、加压腔、加压泵和向加压泵输送动力的动力源，所述加压泵与加压腔通过管道联通，加压腔、加压泵、管道及动力源均布置于脚蹼本体1之中，所述脚蹼本体1主要包括蹼板101、纵向龙骨102、容纳游泳者脚的鞋形舱103，所述纵向龙骨102位于蹼板101两条纵向侧边上，蹼板101与鞋型舱103前后对接为一体，加压腔内容纳有加压介质，加压介质通常为水。
[0072] 在左蹼和右蹼彼此相对的侧面上设有2对的将彼此相互定位的定位销和定位销座106，还装有将左蹼和右蹼彼此吸合在一起的成对的永磁体和铁磁性体105；在左蹼和右蹼彼此相贴合的相对的侧面上，设有成对的电路导通装置107，所述电路导通装置107的两电极均分别连接着各自的加压泵、动力源，图1中的电路导通装置107为常规电路导通开关。
[0073] 游泳者双脚交替打水，具有一定游速后，双蹼横向并拢，依靠左蹼和右蹼彼此相对的侧面上设有的2对的定位销和定位销座106相互定位，并依靠左蹼和右蹼彼此相对的侧面上设有的成对的永磁体和铁磁性体105，相互吸合，左蹼和右蹼彼此相贴合的相对的侧面上，设有的成对的电路导通装置107均导通，左右加压泵均加电工作，左右加压腔均被加压，左蹼和右蹼的纵向弯曲刚度同时增大，推进功率随之增大，游速增大。
[0074] 所述左蹼和右蹼的鞋形舱103均设有环绕游泳者脚后跟的脚蹼带104，在左右脚蹼带104彼此相对的侧面上，设有成对的在按压状态下均可导通的通电触发按钮108，它们的两电极均分别连接着各自的加压泵控制电路板的信号输入端的正负极，所述加压泵控制电路板通过导线连通动力源并操控动力源向加压泵输送动力、停止向加压泵输送动力或反泵泄压。
[0075] 当游泳者将双脚的脚后跟用力相碰时，左右脚蹼带104上的成对的通电触发按钮108同时被挤压触发并导通，由于通电触发按钮108的两电极分别连接着加压泵控制电路板的信号输入端的正负极，该触发信号被加压泵控制电路板中设有的功率放大电路模块放大后，借助动力源，驱动加压泵从静止状态下得电开始加压工作，而在加压工作状态下的加压泵则失电转为静止状态或反泵泄压，于是加压泵的加压工作、静止或反泵泄压的状态得以相互切换。另外，游泳者的左脚可以单独操控左侧的加压泵工作，游泳者的右脚可以单独操控右侧的加压泵工作，此时，游泳者通过双脚的脚趾、前脚掌或脚后跟的动作，分别触发位于左右鞋形舱104内的通电触发按钮108或者共同触发左右脚蹼带上的成对的通电触发按钮108，通过各自的加压泵控制电路板并借助其动力源使得左右加压泵各自加电工作，左右加压腔各自被加压，从而使得左蹼和右蹼的纵向弯曲刚度同时增大；游泳者双脚同步操控左右两侧的加压泵同时加压，使得左蹼和右蹼的纵向弯曲刚度同时增大，推进功率也同时增大，即实现了加速功能；游泳者双脚异步操控左右两侧的加压泵不同时加压，左蹼和右蹼的纵向弯曲刚度不同时增大，推进功率也不同时增大，即实现了转弯功能。
[0076] 游泳者既可以高频打水高速快游，也可以低频打水低速慢游，无论在何种频率下打水，所述电控随速自动变刚度双脚双蹼系统均能随速自动改变左右脚蹼本体1的纵向弯曲刚度，从而有效提高有用功的比重，最大限度地提升游泳和潜水的前进效率和游速且节省体力，充分发挥出游泳者在水中的行进潜能，最终达到长时间、长距离连续高速巡游的目的。此外，游泳者通过变速巡游，还可以有效降低长距离、长时间连续巡游时产生的疲劳感。
[0077] 实施例二：如图2所示，本发明的电控随速自动变刚度双脚单蹼系统。
[0078] 所述电控随速自动变刚度双脚单蹼，主要包括脚蹼本体1、加压腔、加压泵和向加压泵输送动力的动力源，所述加压泵与加压腔通过管道联通，加压腔、加压泵、管道及动力源均布置于脚蹼本体1之中，所述脚蹼本体1主要包括蹼板101、纵向龙骨102、容纳游泳者脚的鞋形舱103，所述纵向龙骨102位于蹼板101两条纵向侧边上，蹼板101与鞋型舱103前后对接为一体，加压腔内容纳有加压介质，加压介质通常为水。
[0079] 左右鞋形舱103均设有环绕游泳者脚后跟的脚蹼带104，在左右脚蹼带104彼此相对的侧面上，设有成对的在按压状态下均可导通的通电触发按钮108，它们的两电极均分别连接着各自的加压泵控制电路板的信号输入端的正负极，所述加压泵控制电路板通过导线连通动力源并操控动力源向加压泵输送动力、停止向加压泵输送动力或反泵泄压。
[0080] 双脚单蹼的左侧纵向龙骨102中的中空锥管、右侧纵向龙骨102中的中空锥管可以各配有一套独立的加压腔、加压泵、向加压泵输送动力的动力源以及加压泵控制电路板；游泳者的左脚单独操控左侧的加压泵工作，游泳者的右脚单独操控右侧的加压泵工作，即同侧操控；也可以设置为，游泳者的左脚单独操控右侧的加压泵工作，游泳者的右脚单独操控左侧的加压泵工作，即异侧操控；无论是同侧操控还是异侧操控，游泳者均可双脚同步操控左右两侧的加压泵同时加压，此时，游泳者通过双脚的脚趾、前脚掌或脚后跟的动作，分别触发位于左右鞋形舱103内的通电触发按钮108或者共同触发左右脚蹼带104上的成对的通电触发按钮108，通过各自的加压泵控制电路板并借助其动力源使得左右加压泵各自加电工作，左右加压腔各自被加压，从而使得左右两侧的纵向龙骨102的纵向弯曲刚度同时增大，推进功率同时增大，即实现了加速功能；游泳者双脚也可以异步操控左右两侧的加压泵不同时加压，使得左右两侧的纵向龙骨102的纵向弯曲刚度不同时增大，推进功率不同时增大，即实现了转弯功能。双脚单蹼的左侧纵向龙骨102中的中空锥管、右侧纵向龙骨102中的中空锥管也可以共用一套脚蹼本体1、加压腔、加压泵、向加压泵输送动力的动力源以及加压泵控制电路板，此时，需要游泳者的双脚相互配合动作，通过双脚的脚趾、前脚掌或脚后跟的配合动作，共同触发分别位于左右鞋形舱103内或者左右脚蹼带104上的成对的所述通电触发按钮108，通过加压泵控制电路板并借助动力源使得加压泵加电工作，加压腔被加压，从而使得左右两侧的纵向龙骨102的纵向弯曲刚度同时增大，推进功率也同时增大，即也实现了加速功能，此结构相对简化，但不具有异步操控功能，即不具有转弯功能。
[0081] 游泳者既可以高频打水高速快游，也可以低频打水低速慢游，无论在何种频率下打水，所述电控随速自动变刚度双脚单蹼系统均能随速自动改变脚蹼本体1的纵向弯曲刚度，从而有效提高有用功的比重，最大限度地提升游泳和潜水的前进效率和游速且节省体力，充分发挥出游泳者在水中的行进潜能，最终达到长时间、长距离连续高速巡游的目的。此外，游泳者通过变速巡游，还可以有效降低长距离、长时间连续巡游时产生的疲劳感。
[0082] 以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部改动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。
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