专利名称：水上跑鞋的制作方法
技术领域：
本发明涉及水上运动器具技术领域，具体说是一种水上跑鞋。水上跑鞋既不同于船等水上交通工具，也不同于水翼等水上运动设备，能够让人自由行走、奔跑于水面之上。
背景技术：
人类自古以来就渴望能够踏波而行，希望能于水面行走如履平地。然而囿于技术所限，这一美好憧憬始终是个幻想。但是，在自然界中，一些动物却率先实现了水面行走，如水黾、蛇怪蜥蜴(basilisklizard)。还有一种水鸟叫 (读音piti), 在求偶时，能够借助双脚剧烈拍击水面使整个身体较长时间地直立于水面之上。游泳的人都知道踩水技术，就是人在水中保持直立状态，凭借双脚有规律地摆动，使身体的一部分擎出水面。踩水技术越高的人，擎出水面的部分越多。但是，人的体能是有限的，纵然踩水的技术再高，也难以把腹部以下露出水面。物体在水中欲克服重力可以通过四种途径，即浮力、表面张力、伯努利效应、反作 用力。利用浮力的，最典型的当属船类。船类(泛指舰、艇、舟、排、筏等一切遵循浮力原理制造的水上装备)在水上的作用无可取代。但是，其体积庞大，无法携带，而且乘船自然没有踏浪而行的逍遥感受。利用表面张力的，如水黾。但是，人类目前还不能较好地利用表面张力。利用伯努利效应的，如水翼，有水翼船和单人运动器材两类。此种单人运动器材是近年来刚发明的，其露出水面的部分大小、形状皆类似于自行车，其水下部分为主副翼和兜水板。它是把人蹦跳的势能通过弹簧转化为兜水板的运动，使水翼脉动前行。这种水上运动方式有一定的新奇性，但是，消耗体力过大且效率低，使用者不易体验到踏水而行的惬意。同时，水翼大小如同自行车，携带不便。利用反作用力的,如蛇怪蜥蜴、 。利用反作用力效率远高于利用伯努利效应。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的空白，首创一种水上跑鞋，利用水的反作用力实现人在水面行走、奔跑。本发明的目的是这样来实现的人体在水中受到重力的作用之所以迅速下沉，不是没有受到反作用力，而是反作用力的量太小。在人体质量一定的前提下如何使反作用力激增是成功的关键。经推理得知，物体在水中受到的反作用力与其运动的速度及反作用力方向上的面积呈正相关。人的体力足以克服自身的重力，但是，鉴于人运动速度之所限，人在水中获得的反作用力是不够的。因此，如何改变足部击水的速度以达到实际需要是核心技术。经一系列推导、化简、验证，发现反作用力的大小可以由下列公式计算F=70SV2，其中F为反作用力，S为鞋底面积，V2为击水速度的平方。假定一体重70千克的人以I米/秒的速度垂直入水，正常情况下(穿着普通的鞋子)，其所获得的反作用力仅为I. 764千克力。欲使其所获反作用力为70千克力，其鞋底的面积应当为I平方米。由公式得知，速度是决定反作用力大小的关键因素。所以，我们再提高速度来看看计算结果。假设一体重70千克的人以5米/秒的速度垂直入水，欲使重力与反作用力平衡，那么他需要穿底面积多大的鞋子呢？计算结果是O. 04平方米。把速度提高到6米/秒，计算结果是O. 028平方米，这正是一只鞋子的底面积。作用力一定，则速度的平方与面积成反比。从人体运动极限与方便等角度看，速度为6米/秒是合适的。即使体重100千克的人，以6米/秒的速度踩水，其鞋子的底面积也仅需要O. 04平方米。再考虑到方向偏斜、器械自身的摩擦力等因素，因此把速度设定在6米/秒，把鞋子的底面积即击水板底面积设定在O. 06平方米是稳妥的。本发明有两个技术方案，方案一采用人体动力，方案二采用机械动力。方案一本发明水上跑鞋，包括动力系统、提速机构、基座板、击水板。 所述动力系统包括人体动力及传导机构，传导机构由腰带和传导连杆组成。腰带比普通腰带宽2cm，安装了腹板与背板，背板上有一榫卯式卡槽，用于插入生力杆的U形卡槽插榫，把传导连杆固定在背板上。腹板与背板可使腰腹的力量完全施加到传导连杆上而人体无不适感。传导连杆长1-1. 2米，分作两节，上节为生力杆，下节为调高杆，用碳纤维或铝合金制作。节点处用连接转轴连接，并安装扭力弹簧。之所以分节，是因为人在抬腿时，脚将同时向上与向前位移，传导连杆必须在适当的位置拐弯。安装扭力弹簧，是为实现击水板按照击水板上升一连杆弯曲一连杆伸直一击水板下降的顺序自动升降。生力杆的上端有一 U形卡槽插榫，用于插入腰带背板的榫卯式卡槽内。U形卡槽插榫长度为20厘米，其上有两排销栓锁孔，根据使用者身高，通过调节榫卯插入深度进行调整，并用销栓锁住腰带背板，同时方便生力杆与腰带的分合。调高杆的末端有一横档，横档两端分别与左右两根一级提速条用连接转轴连接。所述提速机构由一级提速条、推拉条、二级提速条构成，用铝合金制作。左右两根一级提速条分别在支点处与基座板用连接转轴连接，一端与调高杆用连接转轴连接，另一端与推拉条用连接转轴连接，一级提速条支点两端的比为1: 2。左右两根推拉条分别一端与一级提速条用连接转轴连接，再与近处的二级提速条支点处连接，另一端与远处的二级提速条连接，二级提速条支点两端的比例为1:3。四根二级提速条的两端分别连接在击水板和基座板的相应连接转轴上。传导连杆将腰部的力量传导至一级提速条，当一级提速条受力作切线向上的运动，带动推拉条作切线向右的运动，使二级提速条作逆时针摆动；反之，当一级提速条受力作切线向下的运动，带动推拉条作切线向左的运动，使二级提速条作顺时针摆动。由于一级提速条支点两端的比为1:2，二级提速条支点两端的比例为1:3，这样就实现了 6倍的提速。普通人在正常跑动的情况下脚下蹬的速度为I米/秒多，现在通过提速机构提闻到6米/秒。所述基座板用塑料或硬木制作，用连接转轴连接在四根二级提速条上，与左右两根一级提速条支点用连接转轴连接，供人体站立。人的脚踏在基座板上，用缚带固定。所述击水板为S形，面积O. 06平方米，用碳纤维或铝合金制作，通过连接转轴连接在四根二级提速条上。因为击水板的运动轨迹为弧线，S形有利于击水板敛水。击水板击水速度达到6米/秒，获得需要的反作用力。为保持击水板始终以最大的面积击水，击水板必须始终与脚底平行。人体动力水上跑鞋为成套器具，左右两只组成一副。使用时，将基座板用缚带固定在脚上，将传导连杆的两端分别连接到腰带的背板卡槽和一级提速条。依据不同使用者的身高，可通过调节榫卯插入深度进行调整。人的脚抬起时，一级提速条被传导连杆下压，带动推拉条运动，推拉条推动二级提速条做顺时针摆动，击水板被抬向基座板，抬到预定位置时，调高杆将向上折起以适应基座板高度的变化。人的脚下蹬时，调高杆首先在扭力弹簧的作用下向下摆动、伸直，伸直后将拽着一级提速条运动，一级提速条则带动推拉条，使之拉着二级提速条做逆时针摆动，实现快速击水。左右脚交替抬起、下蹬，击水板将交替快速击水，实现人在水面跑动的目的。人体动力水上跑鞋用于运动、竞技、娱乐。方案二 本发明水上跑鞋，包括动力系统、提速机构、基座板、击水板。所述动力系统包括机械动力及传导机构，机械动力为薄板型发动机，发动机功率为800-1000瓦，输出转速为1800转/分。传导机构由前后两根恒星轴旋臂和前后两根行星
轴旋臂组成。恒星轴旋臂和行星轴旋臂长度均为7. 5厘米，用铝合金制作，将经过提速的机械动力传导到击水板上。恒星轴旋臂一端固定在恒星轴上，另一端与行星轴旋臂连接。行星轴旋臂一端与恒星轴连接，另一端与击水板连接，通过行星轴带动击水板运动。所述提速机构由一组齿轮构成，由发动机厂家按要求提供，把发动机的怠速增至恒星轴1800转/分的转速。发动机和提速机构组装在一起，并用上盖、下盖封住，一经出厂，非专业人员禁止打开。所述基座板用塑料或硬木制作，固定在发动机和提速机构上盖上，供人体站立。人的脚踏在基座板上，用缚带固定。所述击水板为S形，面积O. 06平方米，用碳纤维或铝合金制作。击水板与行星轴旋臂铆焊为一体，前后两根行星轴旋臂用左右两根加强筋加固。击水板击水速度达到6米/秒，获得需要的反作用力。机械动力水上跑鞋组装完毕后用水气隔离膜罩住。水气隔离膜为一筒状高强度软质橡胶膜，水气隔离膜下口与击水板紧密胶结，上口与发动机和提速机构上盖上的基座板紧密胶结，并留有顺畅的进出气口。水气隔离膜的主要作用是保证击水板击水受到的反作用力远大于回缩时受到的反作用力。机械动力水上跑鞋为成套器具，左右两只组成一副。机械动力水上跑鞋比人体动力水上跑鞋更为小巧，略作改进还可以水陆两用，延伸人在陆地上的运动能力。机械动力水上跑鞋，也可用电动机作动力源，只需在动力系统的布局上做相应的调整。机械动力水上跑鞋用于生产作业、军事、娱乐。本发明水上跑鞋无安全隐患，为防止不可预测的因素，在使用时，仍需做好一般性溺水防护。与现有技术相比，本发明的优点是水上跑鞋的体积比已知的任何水上运动器具的体积都小得多，携带极其方便，运动效率极高，能够让人自由行走、奔跑于水面之上。
图I :人体动力水上跑鞋结构示意图。图2 :人体动力水上跑鞋传导连杆放大图。
图3 :人体动力水上跑鞋提速机构放大图。图4 :机械动力水上跑鞋结构主视图。图5 :机械动力水上跑鞋结构左视图。
图中1、基座板2、一级提速条3、推拉杆4、二级提速条5、击水板 6、腰带7、背板8、腹板9、生力杆10、扭力弹簧11、调高杆12、U形卡槽插榫13、发动机和提速机构上盖14、恒星轴15、发动机和提速机构下盖16、恒星轴旋臂17、行星轴，18、行星轴旋臂19、加强筋20、水气隔离膜(用双点划线表示)。
具体实施例方式为进一步描述本发明，下面结合附图对本发明水上跑鞋作进一步描述。如图1、2、3所示，方案一本发明水上跑鞋，包括动力系统、提速机构、基座板、击水板。所述动力系统包括人体动力及传导机构，传导机构由腰带(6)和传导连杆组成。腰带(6)比普通腰带宽2cm，安装了腹板(8)与背板(7)，背板(7)上有一榫卯式卡槽，用于插入生力杆(9)的U形卡槽插榫(12)，把传导连杆固定在背板(7)上。腹板(8)与背板(7)可使腰腹的力量完全施加到传导连杆上而人体无不适感。传导连杆长1-1. 2米，分作两节，上节为生力杆(9)，下节为调高杆(11)，用碳纤维或铝合金制作。节点处用连接转轴连接，并安装扭力弹簧(10)。之所以分节，是因为人在抬腿时，脚将同时向上与向前位移，传导连杆必须在适当的位置拐弯。安装扭力弹簧(10)，是为实现击水板按照击水板上升一连杆弯曲—连杆伸直一击水板下降的顺序自动升降。生力杆(9)的上端有一 U形卡槽插榫(12)，用于插入腰带背板(7)的榫卯式卡槽内。U形卡槽插榫(12)长度为20厘米，其上有两排销栓锁孔，根据使用者身高，通过调节榫卯插入深度进行调整，并用销栓锁住腰带背板(7)，同时方便生力杆(9)与腰带(6)的分合。调高杆(11)的末端有一横档，横档两端分别与左右两根一级提速条(2)用连接转轴连接。所述提速机构由一级提速条(2)、推拉条(3)、二级提速条(4)构成，用铝合金制作。左右两根一级提速条(2)分别在支点处与基座板(I)用连接转轴连接，一端与调高杆
(11)用连接转轴连接，另一端与推拉条(3 )用连接转轴连接，一级提速条(2 )支点两端的比为1:2。左右两根推拉条(3)分别一端与一级提速条(2)用连接转轴连接，再与近处的二级提速条(4)支点处连接，另一端与远处的二级提速条(4)连接，二级提速条(4)支点两端的比例为1:3。四根二级提速条(4)的两端分别连接在击水板(5)和基座板(I)的相应连接转轴上。传导连杆将腰部的力量传导至一级提速条(2)，当一级提速条(2)受力作切线向上的运动，带动推拉条(3 )作切线向右的运动,使二级提速条(4)作逆时针摆动；反之，当一级提速条(2)受力作切线向下的运动，带动推拉条(3)作切线向左的运动，使二级提速条(4)作顺时针摆动。由于一级提速条(2)支点两端的比为1:2，二级提速条(4)支点两端的比例为1:3，这样就实现了 6倍的提速。普通人在正常跑动的情况下脚下蹬的速度为I米/秒多，现在通过提速机构提高到6米/秒。所述基座板(I)用塑料或硬木制作，用连接转轴连接在四根二级提速条(4 )上，与左右两根一级提速条(2)支点用连接转轴连接，供人体站立。人的脚踏在基座板(I)上，用缚带固定。
所述击水板(5)为S形，面积O. 06平方米，用碳纤维或铝合金制作，通过连接转轴连接在四根二级提速条(4)上。因为击水板(5)的运动轨迹为弧线，S形有利于击水板(5)敛水。击水板(5)击水速度达到6米/秒，获得需要的反作用力。为保持击水板(5)始终以最大的面积击水，击水板(5)必须始终与脚底平行。如图4、5所示，方案二 本发明水上跑鞋，包括动力系统、提速机构、基座板、击水板。所述动力系统包括机械动力及传导机构，机械动力为薄板型发动机，发动机功率为800-1000瓦，输出转速为1800转/分。传导机构由前后两根恒星轴旋臂(16)和前后两根行星轴旋臂(18)组成。恒星轴旋臂(16)和行星轴旋臂(18)长度均为7. 5厘米，用铝合金制作，将经过提速的机械动力传导到击水板(5)上。恒星轴旋臂(16) —端固定在恒星轴上(14)，另一端与行星轴旋臂(18)连接。行星轴旋臂(18)—端与恒星轴(14)连接，另一端与击水板(5 )连接，通过行星轴(17 )带动击水板(5 )运动。 所述提速机构由一组齿轮构成，由发动机厂家按要求提供，把发动机的怠速增至恒星轴(14) 1800转/分的转速。发动机和提速机构组装在一起，并用上盖(13)、下盖(15)封住，一经出厂，非专业人员禁止打开。所述基座板(I)用塑料或硬木制作，固定在发动机和提速机构上盖(13)上，供人体站立。人的脚踏在基座板(I)上，用缚带固定。所述击水板(5)为S形，面积O. 06平方米，用碳纤维或铝合金制作。击水板(5)与行星轴旋臂(16)铆焊为一体，前后两根行星轴旋臂(18)用左右两根加强筋(19)加固。击水板(5)击水速度达到6米/秒，获得需要的反作用力。机械动力水上跑鞋组装完毕后用水气隔离膜(20)罩住。水气隔离膜(20)为一筒状高强度软质橡胶膜，水气隔离膜(20)下口与击水板(5)紧密胶结，上口与发动机和提速机构上盖(13)上的基座板(I)紧密胶结，并留有顺畅的进出气口。水气隔离膜(20)的主要作用是保证击水板(5)击水受到的反作用力远大于回缩时受到的反作用力。
权利要求
1.水上跑鞋，其特征在于包括动カ系统、提速机构、基座板、击水板；所述动カ系统包括人体动カ及传导机构，传导机构由腰帯和传导连杆组成；腰帯比普通腰带宽2cm，安装了腹板与背板；传导连杆长1-1. 2米，分作两节，上节为生カ杆，下节为调高杆，用碳纤维或铝合金制作，节点处用连接转轴连接，并安装扭カ弹簧；生カ杆的上端有一 U形卡槽插榫；调高杆的末端有ー横档，横档两端分别与左右两根ー级提速条用连接转轴连接；所述提速机构由ー级提速条、推拉条、ニ级提速条构成，用铝合金制作；左右两根ー级提速条分别在支点处与基座板用连接转轴连接，一端与调高杆用连接转轴连接，另一端与推拉条用连接转轴连接，ー级提速条支点两端的比为1:2 ;左右两根推拉条分别一端与一级提速条用连接转轴连接，再与近处的ニ级提速条支点处连接，另一端与远处的ニ级提速条连接，ニ级提速条支点两端的比例为1:3 ;四根ニ级提速条的两端分别连接在击水板和基座板的相应连接转轴上；所述基座板用塑料或硬木制作，用连接转轴连接在四根ニ级提速条上，与左右两根ー级提速条支点用连接转轴连接；所述击水板为S形，面积O. 06平方米，用碳纤维或铝合金制作，通过连接转轴连接在四根ニ级提速条上。
2.根据权利要求I所述的水上跑鞋，其特征在于所述腰带背板上有一榫卯式卡槽。
3.根据权利要求I所述的水上跑鞋，其特征在于所述生カ杆的U形卡槽插榫长度为20厘米，其上有两排销栓锁孔。
4.水上跑鞋，其特征在于包括动カ系统、提速机构、基座板、击水板；所述动カ系统包括机械动カ及传导机构，机械动カ为薄板型发动机，发动机功率为800-1000瓦，输出转速为1800转/分；传导机构由前后两根恒星轴旋臂和前后两根行星轴旋臂组成；恒星轴旋臂和行星轴旋臂长度均为7. 5厘米，用铝合金制作；恒星轴旋臂一端固定在恒星轴上，另一端与行星轴旋臂连接；行星轴旋臂一端与恒星轴连接，另一端与击水板连接；所述提速机构由ー组齿轮构成，把发动机的怠速增至恒星轴1800转/分的转速；发动机和提速机构组装在一起，并用上盖、下盖封住；所述基座板用塑料或硬木制作，固定在发动机和提速机构上盖上；所述击水板为S形，面积O. 06平方米，用碳纤维或铝合金制作；击水板与行星轴旋臂铆焊为一体；机械动力水上跑鞋组装完毕后用水气隔离膜罩住，水气隔离膜为ー筒状高强度软质橡胶膜，水气隔离膜下ロ与击水板紧密胶结，上ロ与发动机和提速机构上盖上的基座板紧密胶结，并留有顺畅的进出气ロ。
5.根据权利要求4所述的水上跑鞋，其特征在于所述前后两根行星轴旋臂用左右两根加强筋加固。
全文摘要
本发明公开了水上跑鞋，有采用人体动力和机械动力两个技术方案。方案一水上跑鞋，包括动力系统、提速机构、基座板、击水板。动力系统包括人体动力及传导机构，传导机构由腰带和传导连杆组成。传导连杆上节为生力杆，下节为调高杆。提速机构由一级提速条、推拉条、二级提速条构成。击水板为S形，面积0.06平方米。方案二水上跑鞋，包括动力系统、提速机构、基座板、击水板。动力系统包括机械动力及传导机构，机械动力为薄板型发动机，功率为800-1000瓦。传导机构由前后两根恒星轴旋臂和前后两根行星轴旋臂组成。提速机构由一组齿轮构成。本发明的优点是体积比已知的水上运动器具的体积小得多，携带方便，运动效率高。
文档编号B63B35/83GK102862657SQ20121035648
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月24日 优先权日2012年9月24日
发明者于彬, 于浩阳, 赵琪鹏 申请人:于彬