技术领域
[0001] 本
发明属于工程仿生技术领域，特别涉及一种仿驯鹿
蹄两趾关节活动机理的仿生
滑雪杖。
背景技术
[0002] 当今，随着滑雪运动的广泛开展，滑雪的意义已经不只是停留在运动上，而是进一步成为一种健康、时尚的生活方式。作为一项户外运动，滑雪运动最大的魅
力在于人们从运动中体验到了一种回归大自然的感觉。
[0003] 而
滑雪杖是我们滑雪时用来
支撑前进、控制平衡、引导变向、支撑身体的工具。除跳台滑雪、空中技巧滑雪、
单板滑雪外，其他项目都使用滑雪杖，是滑雪者控制
重心必不可少的一件工具。最简单的滑雪杖就是两根同高度的木棍或竹杆，但使用起来有不完善之处。为了使滑雪杖撑动有力和不易从手中脱离，可在杆的顶端钻一个孔或直接固定上一根长环形条带，将手从下面套在里面，把杆和环形带一起握住，这一个部位叫做
手柄，环形条带叫握革带。为了克服在深雪中滑雪杖插得过深、不便使用甚至无法使用的困难，可在杆的底部距下端70～100毫米处安装一个雪轮，这样就限制了雪杖插入雪中的深度，充分保证发挥雪杖的作用。目前市场上常见的雪轮只是用皮革条窝成十字形、米字形的形状来防止滑雪杖在雪地中下陷过深，而这种雪轮在较硬状的光雪面上抗沉陷性能不明显。雪轮尺寸选择也是至关重要的，尺寸取决于雪轮撞击地面的性质。但目前的滑雪杖都只是固定的
接触面积，不能随着雪的变化情况而进行改变。因此，设计一种能随着雪地性质的不同来改变与地面的接触面积的独特雪轮是至关重要的。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种仿驯鹿蹄两趾关节活动机理的仿生滑雪杖。本发明具有抗沉陷以及提高雪地固着力的优越性能，有效地提高了使用者在滑雪过程中的通过能力。仿生滑雪杖在入雪以及出雪时都具有良好的技术效果。
[0005] 驯鹿是一种典型
冰雪动物，在冰雪路面上具有良好的奔跑速度、防滑能力。在冬天，驯鹿脚枕收缩增固，露出蹄的边缘，便于驯鹿在冰雪地面行走。驯鹿的蹄子在落地是自然地分开，将自身的重量分散开来，避免蹄部过多沉陷到厚厚的积雪中，也使得驯鹿更好地挖掘出埋在雪地下面的食物。驯鹿的主蹄大而阔，中央裂线很深，悬蹄大，掌面宽阔，是鹿类中最大的，行走时能触及地面，而且在蹄子周围着生许多特殊的刚毛，这些
密度很大的刚毛在蹄子周围形成紧密的毛刷，在雪地、
沼泽地及松软的苔鲜上行走时，可以触及地面，使四蹄着地面积大为增加，借以减轻单位面积的负荷重量。加之驯鹿脚关节灵活、韧带轻松，行进中的驯鹿蹄就像上
发条后自摆的钟坠，
能量消耗极小。驯鹿可以在数天的时间里，通过快速地奔跑，迁徙到5000公里以外的地方。这些蹄部的特点都对驯鹿在雪地中完美地飞奔，不会滑倒，也不用减速都有很大的帮助。因此，采用工程
仿生学技术，将驯鹿蹄部的这些特点应用到滑雪杖上，将能增加对雪地的固着力，增强使用者的身体
稳定性，从而增大使用者
牵引力，有效辅助滑雪者或者徒步者的行进。
[0006] 本发明包括握革带、手柄、杖杆、上端支柱、缓冲
弹簧、下端支柱、雪轮
单体和杖尖；上端支柱螺接在杖杆上；上端支柱与下端支柱中间用缓冲弹簧连接；四个雪轮单体以连接
螺栓和连接
螺母与下端支柱连接在一起；各雪轮单体底部的仿生边缘是仿驯鹿蹄的尖锐边缘；各雪轮单体之间用上缓冲弹簧和下缓冲弹簧连接在一起；下端支柱底部与雪轮单体内部均粘贴有绒毛；杖尖螺接在杖杆上以便更换。
[0008] 所述的雪轮单体材料为硬质塑料；杖杆的材料为玻璃
纤维，有超强的韧性；杖尖的材料为钨
钢，有超强的
耐磨性。
[0009] 雪轮单体可以在竖直方向内上下旋转，初始时，雪轮单体与竖直平面的夹
角为29°，雪轮单体最高点与竖直平面的夹角为133°。雪轮单体最高点与竖直平面的夹角达到
180°时，雪轮单体与竖直平面的夹角为90°。
[0010] 当仿生滑雪杖入雪时，除了杖尖外，雪轮单体尖锐边缘最先切入雪中。随着边缘处承载力的增大，单体之间的回位弹簧在力的作用下拉伸，使得各雪轮单体随着螺栓向上转动，此时雪轮单体与雪平面的接触面积增大。在弹簧被拉伸到最大时，此时各雪轮最高点与竖直平面呈90°夹角。如果这时各雪轮单体底部继续受力，则上下支柱之间的缓冲弹簧将会发生作用，用以缓冲来自于地面多余的缓冲力。
[0011] 而进入到雪轮里面的积雪大部分都被粘附在雪轮单体内壁周围以及下端支柱底部的绒毛上，这些绒毛在很大程度上分散了来自地面的作用力。因此，在不同质地的雪地中，该仿生滑雪杖都能够根据路面的不同提供足够大的与雪平面的接触面积，从而起到防止沉陷的作用。
[0012] 在硬雪面上使用时，普通的滑雪杖在杖尖插入硬雪面后，雪轮几乎起不到作用，而仿生滑雪杖在杖尖插入硬雪后，其带有驯鹿蹄锋利边缘特征的雪轮会插入到硬雪之中，并增大与雪平面的接触面积。
[0013] 在仿生滑雪杖的杖尖部分出雪时，随着来自于地面的缓冲力不断减小，首先上下支柱之间的缓冲弹簧舒张，而下端支柱将回到初始
位置。然后雪轮单体之间的回位弹簧同样收缩，使得各单个雪轮单体快速与雪平面分离并回到初始位置。雪轮粘附在绒毛上的积雪也由于回位弹簧的快速回位而被抖落下来。最终，杖尖离开雪平面，整个滑雪杖与雪脱离。
附图说明
[0014] 图1为本发明的结构示意图。
[0015] 图2为本发明的雪轮处
正面结构示意图。
[0016] 图3为本发明的仰视图。
[0017] 图4为本发明的雪轮初始位置示意图。
[0018] 图5为本发明的雪轮最大承载位置示意图。
[0019] 图6为本发明的雪轮单体主视图。
[0020] 图7为本发明的雪轮单体侧视图。
[0021] 图8为本发明的连接组合部分示意图。
[0022] 其中1、握革带；2、手柄；3、杖杆；4；上端支柱；5、缓冲弹簧；6、下端支柱；7、雪轮单体；8、杖尖；9、仿生边缘；10、下缓冲弹簧；11、绒毛；12、上缓冲弹簧、13、连接螺栓、14、连接螺母。
具体实施方式
[0023] 请参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8所示，本发明包括握革带1、手柄2、杖杆3、上端支柱4、缓冲弹簧5、下端支柱6、雪轮单体7和杖尖8，上端支柱4螺接在杖杆3上，上端支柱4与下端支柱6中间用缓冲弹簧5连接，四个雪轮单体7以连接螺栓13和连接螺母14与下端支柱6连接在一起，各雪轮单体7底部的仿生边缘9是仿驯鹿蹄的尖锐边缘，各雪轮单体7之间用上缓冲弹簧12和下缓冲弹簧10连接在一起，下端支柱6底部与雪轮单体7内部均粘贴有绒毛11，杖尖8螺接在杖杆3上，以便更换。
[0024] 所述的绒毛11所采用的是马尾毛。
[0025] 所述的雪轮单体7材料为硬质塑料；杖杆3的材料为玻璃纤维，有超强的任性；杖尖8的材料为钨钢，有超强的耐磨性。
[0026] 雪轮单体7可以在竖直方向内上下旋转，初始时，雪轮单体7与竖平面的夹角为29°，雪轮单体7最高点与竖直平面的夹角为133°。雪轮单体7最高点与竖直平面的夹角达到
180°时，雪轮单体7与竖直平面的夹角为90°。
[0027] 本发明的使用状态及原理：
[0028] 当驯鹿在雪地环境奔跑时，驯鹿小腿部位的肌
腱提供缓冲作用。基于此原理，将上端支柱4与下端支柱6用缓冲弹簧5相连接，当雪轮单体7处受到的竖直作用力超过其最大承载位置所受作用力时，缓冲弹簧5受到下端支柱6的
挤压力而压缩，带动下端支柱6向上，起到了缓冲来自于下部冲击力的作用。
[0029] 由于驯鹿在雪地中奔跑时，蹄部在落地时会自然张开以增大与雪平面的接触面积，将身体的重量分散开来，避免蹄部过多的下陷到厚厚的积雪中。而当驯鹿蹄脱离积雪中时，蹄部又自然的闭合，将蹄部的积雪抖落。因此，将多个雪轮单体7通过螺栓13与连接螺母14铰接在上端支柱4处。当雪轮单体7底部受到来自雪地等松软地面以及硬质路面的作用力时，可以上下转动以增大雪轮单体7与地面的接触面积。并且各雪轮单体7的下部仿生边缘9基于驯鹿蹄锋利的边缘进行仿生设计，有助于雪轮单体7在较硬的光雪面上发挥作用。
[0030] 各雪轮单体7之间都通过下缓冲弹簧10和上缓冲弹簧12连接，在雪轮单体7受到作用力上下转动的同时，下缓冲弹簧10和上缓冲弹簧12受到来自两边雪轮单体7的拉力而舒张，在滑雪杖不受到外部作用力时，下缓冲弹簧10和上缓冲弹簧12回位将雪轮单体7拉回到初始位置。
[0031] 驯鹿足趾中间的浓密绒毛以及蹄两边的绒毛使得驯鹿在雪地中行走以及奔跑时具有良好的固着力，防止滑跤。雪轮内部的绒毛11固定在各个雪轮单体7内凹面以及下端支柱6的底部，当滑雪杖插入雪中足够深度时，雪轮单体7与雪平面接触并且受力向四周张开，而雪轮内部浓密的绒毛11与雪接触，分散整个雪轮单体7处的受力面积，增加雪轮单体7对雪的固着力。此外，大量的雪粘附在绒毛11上，防止雪轮在松软的雪地上沉陷过多。
[0032] 当滑雪杖被拔出时，各个雪轮单体7在下缓冲弹簧10和上缓冲弹簧12的作用下回到初始位置，绒毛11上的雪在下缓冲弹簧10和上缓冲弹簧12的快速收缩作用下被抖落下来。
