专利名称：智能仿生气动鞋的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新式的出行方式，是一种个人使用的运动和交通工具；具体涉及 一种脚用气动工具，这种脚用气动工具是一种智能、仿生、节能、助力的鞋，这种鞋是一种 以空气为介质的能量相互转换的节能助力的智能仿生实时控制系统；取名智能仿生气动 鞋；简称"气动鞋"。为表述简洁，下面都以简称"气动鞋"来描述。
二背景技术：
个人所使用的短距离交通工具，最成功的当属自行车(含电动车)和两轮机动车； 与之相对应的休闲、娱乐运动工具，当属滑轮鞋、滑冰鞋、滑雪板、滑板车、弹跳鞋等；它们两 类之间和其自身存在以下问题1、普通人在一般场合，几乎不能将它们相互兼顾(娱乐和 实用)；2、交通工具也很难在满足安全、实用的条件下，再进一步轻便、小巧；3、休闲、娱乐 运动工具，学习难度高，运动风险大，场地有要求。因此，一个即好玩儿又实用，即好学又有 趣，即环保又省力，即安全又方便，即轻便小巧又威力强劲，即快速敏捷又放宽对活动场地 (路面)要求的运动和交通工具，就成了市场的潜在需求。怎样满足这样一种需求，已经成 为当今运动和交通工具领域所面临的一个技术开发难题。
三
发明内容
3. 0. 1.本发明所要解决的技术开发难题是如何提供一种新型的运动和交通工 具——"气动鞋"。该鞋可以推进交通工具的最小化；可以做到娱乐工具的大众实用化和实 用工具的大众娱乐化；可以实现一种简单空气发动机助力的环保化；可以解决交通工具对 路面要求的宽泛化(凡是人能正常行走的地方都能使用)；可以弥补人在直立行走进化中 所留下的不善奔跑的遗憾；可以开创一个工具领域的智能仿生节能助力的新模式。
3.0.2."气动鞋"可以改变人们的出行方式。它由紧固部分、智能仿生实时监测控 制部分、能量回收部分、蓄能部分、补能部分、发动机和助力部分组成；它首创了一种脚用气 动工具；它能把脚在落地时，以脚为代表的即将正常消耗的综合动能和势能通过能量回收 部分，先以压縮空气的形式存储在蓄能部分；它的智能仿生实时监测控制部分能够在任意 时刻读懂人脚的运动意图，无需任何附加操作，实时控制蓄能部分的能量通过发动机和助 力部分适时、适量、适方向的转换为助力；它所实现的以空气为介质的能量相互转换系统， 是一种能够帮助人在徒步运动中化解"惯性能耗"的运动和交通工具；它公开了一种智能仿 生节能助力工作模式和新式的体能补充模式；它能显著地提高人们的运动能力。
3. 0. 3."气动鞋"整体的智能仿生节能助力工作模式的表现形式是该模式的一 种具体应用方法，这种应用方法公开了一种人们用于出行的新式的出行方式；具体表现形 式是人们在徒步运动中仅凭脚部的正常动作无需任何附加操作的一种脚用气动工具；是具 有智能仿生特征的且能化解"惯性能耗"的具有能量相互转换的一种节能和助力的运动和 交通工具；是脚在落地时的减震和回收能量与离地时的释放能量和助力能跟随人的周期运 动，实现周期循环实时控制过程的且可以随时切换状态的一种智能仿生节能助力工具。
3. 0. 4."气动鞋"整体所表现出的智能仿生节能助力的工作模式的具体内容是 把脚在落地过程中，脚的速度从大于2V(V是人的行进速度)减到0速时的这一以脚为代表 的综合动能和落地时使用者的整体势能通过能量回收部分先以压縮空气的形式储存在蓄 能部分；落地后的支撑脚在逐渐变化过程中的形态和数据，是通过智能仿生实时监测控制 部分实时地监测并读懂使用者的动作意图，当踝关节的角度运动到踝关节发力结束前适当 角度的设定值时(包括设定值以上)，踝关节监测器(A)输出逻辑"l"，助力板组合弯曲到 触发趾关节监测器(B)的助力起点设定值(Sd)点时，趾关节监测器(B)输出逻辑"l"，脚 前掌压力监测器(F)受力后使其输出的值大于等于流量执行器(35)的"门槛值"，使流量阀 (38)开启倒对应的流量开度时；智能仿生实时监测控制部分通过运算处理，控制发动机和 助力部分结束自由状态，并且有选择地适时、适量的释放出以压縮空气为形式的能量来，这 一能量的释放通过助力板组合转化为适当方向的力；当助力过程进行到触发趾关节监测器 (B)的助力终点设定值(Rd)时，这一助力过程实现了帮助脚从速度0加速到大于2V(含使 用者整体势能的增加)的目的，同时再次使其进入自由状态，开始新一轮的循环；或者说它 能自动地把每条腿在奔跑中，腿、脚、鞋等的"转动惯量中心"的速度需要减速和下降时的能 量先存储(回馈制动)，"转动惯量中心"的速度需要增加和上升的时候再利用(发动机助 力)。智能仿生气动鞋能够在能量回收阶段、支撑阶段、助力阶段、空中恢复阶段跟随使用者 的脚部运动连续的工作在实时控制状态下(只有在助力阶段发动机不是自由状态，其它三 个阶段都是自由状态)；并且在助力阶段的任意时刻都能使发动机停止做功并进入自由状 态，等待使用者脚部的新动作信息，脚部的新动作可以任意，也就是说接续原动作也可，助 力板组合向回退也可，从任意时刻或其它阶段从新开始也行。
3. 1本发明所要解决的技术难题的理论依据 3. 1. 1.在现实生活中，如果人在匀速行进中的速度为V，则脚在离地后脚的平均 速度就大于2V(只有脚沿地面滑行换步时，脚的平均速度才等于2V)，而脚落地后脚的速度 等于0 ;脚的这种位置和速度的不断变化，标示着存在一种"能量转化"。
3. 1. 1. 1已有的知识和经验告诉我们人在平面上匀速奔跑中，势能、动能均没有 改变；然而，体能的消耗却远远大于克服风阻和地面摩擦的能耗；因此，这里面一定存在其 它的能量消耗；也就是说，前面所提到的一种"能量转化"没有完全体现在做有用功的结果 上；故此，我们得到的经验性结论是徒步奔走中，由于人脚不断的加速、减速，所以导致大 量额外的体能浪费。 3. 1. 1. 2现实生活中的很多例子也可以佐证。譬如自行车滑行就是一个鲜明的 人人体现过的对比例子；如果对此例再深入探究，我们清楚地知道，在行驶速度相同的情况 下，徒步的风阻肯定小于骑自行车的风阻；另外，就相对体能消耗的情况来看，地面摩擦也 完全可以忽略不计；因为，在冰面上奔跑更累。在冰面上奔跑很难学，经过多年"试验"(童 年的玩耍)，原来在冰面上鞋底儿没有摩擦力(通常的习惯说法)，为防止滑倒，脚在下落时 的减速不能借助冰面，要完全依靠消耗体能来减速。所以说，徒步奔走中人脚不断的加速、 减速所导致的大量额外体能浪费的经验性结论，几乎可以说是"公理"。 3. 1. 1.3对这一"公理"来说，小朋友们都有所认知；曾记得，小时候，刚刚学会骑 自行车的时侯，对骑自行车能省力这一现象大惑不解，记不清追问过多少次"自己还是自 己，推着自行车跑比不推要累，这个还能理解；为什么骑上它以后，还是多了这么一堆儿没有额外动力的重量，不仅不累，反而还能省力呢？"；"不是坐在座上的缘故，我的腿还不够 长，根本坐不到座上啊，请问又该如何解释？";相信，对此现象刨根问底，有过类似探求的小 朋友不在少数。 3. 1.2理论知识还告诉我们人在换步过程中，脚由停止——加速(包括上 升)——减速(包括下降)——再停止，周而复始的在克服着腿、脚、鞋等各个方向的惯性 力；因此，前述的一种"能量转化"是人体在运动中克服腿、脚、鞋等的各个方向的惯性力的 叠加和、并由此所做功的能量转化过程，其结果最终体现在了人体自身的体能消耗上；我们 把体能消耗中的这一类别，称作腿、脚、鞋等的"惯性能耗"。对这种"惯性能耗"的计算，在 《物理学》中已经得到了透彻的讲述；根据《物理学》中的知识我们知道腿、脚、鞋等的质量 越大(能量与运动体的质量成正比)，换步的频率越高(能量与换步的次数成正比)，奔跑 的速度越快(能量与运动体速度的平方成正比)，克服腿、脚、鞋等"惯性能耗"所做的功就 越多，人就越容易劳累。 3.1.3.如果以运动体自身作为参照体来说，轮式交通工具在匀速行驶中，其轮子 的半径、角速度均不发生改变，故不存在这种"惯性能耗"；通过《理论力学》的知识可知，轮 子的"转动惯量中心"是轴心，相对车子来说始终没有位移和速度的变化。而人在徒步匀速 运动中则不同，不仅我们的腿需要不断的周期性前后摆动(角速度在不断变化)，而且还需 要形态上的不断变化；《理论力学》的知识还告诉我们，如果物体的形状产生了不对称变化， 其"转动惯量中心"也随之变化；相对人来说，腿、脚、鞋等运动部分的"转动惯量中心"在周 期性上下起伏和前后摆动；也就是说，运动部分的"转动惯量中心"在不断地发生位移和速 度上的变化；因此，存在这种"惯性能耗"。 3. 1. 4.物种的进化最能说明问题， 一种能在水面上奔跑的蜥蜴，就能把两条后腿 抡圆了跑，其运动特征类似轮式交通工具，它进化出了用髋关节垂直面能360度活动来避 免这种"惯性能耗"；再看大部分陆地动物，凡是善于奔跑类动物，它们的腿相对身体来说， 都不是粗短的(特别膝关节以下都是瘦长的)，这也正是为减小这种"惯性能耗"而进化的 结果。本发明就是用来帮助人在徒步运动中化解这种"惯性能耗"的一种工具。
3. 2本发明所提出的技术难题是这样解决的 提供一种有智能仿生助力功能，能量回收功能，体能补充功能，并以鞋的形式出现 的运动和交通工具；取名智能仿生气动鞋；简称"气动鞋"，见(附图1)、(附图2)和(附 图3)。它以鞋板(1)为基架，上面装有紧固部分(2);智能仿生实时监测控制部分[踝关 节监测器(A)、趾关节监测器(B)和脚前掌压力监测器(F)与运算控制部件的关系(见附图 3)];发动机和助力部分(鞋的中部和前部)；能量回收部分(鞋的后部)；蓄能部分(鞋的 中部和助力板前部的空间)；补能部分[外挂补能系统见(附图3)，混合气源发生器补能系 统见(附图1)、(附图2)和(附图3)中的(36)]。其原理摘要是把脚在落地过程中，脚的 速度从大于2V(V是人的行进速度)减到0速时的这一以脚为代表的综合动能和落地时使 用者的整体势能通过能量回收部分先以压縮空气的形式储存在蓄能部分；落地后的支撑脚 在逐渐变化过程中的形态和数据，是通过智能仿生实时监测控制部分实时地监测并读懂使 用者的动作意图，当脚运动到踝关节发力结束或即将结束的某一时刻，趾关节运动到就要 发力的起始角度，智能仿生实时监测控制部分所控制的发动机和助力部分，有选择地适时、 适量的释放出以压縮空气为形式的能量来，这一能量的释放通过助力板组合转化为适当方向的力，帮助脚从速度0加速到大于2V(含使用者整体势能的增加)；或者说把每条腿在奔 跑中，腿、脚、鞋等的"转动惯量中心"的速度需要减速和下降时的能量先存储(回馈制动)， "转动惯量中心"的速度需要增加和上升的时候再利用(发动机助力)；选用空气为介质是 为了能使能量转换过程简单、直接、快速、高效，并且动作也富有"肌肉"的弹性特征，同时系 统也容易实现。其效果有提高弹跳力量，加大跨越步伐，增大落地势差，回收落地能量，方 便补充体能，利用惯性能耗，操作融入习惯，适应各种路面。其特征在于，包括以下功能部 分 3.2.1.紧固部分用于将"气动鞋"固定在脚或普通鞋上，见(附图l)和(附图 2)中的(2);在踝关节保护的转轴处装有踝关节监测器(A)，含助力功能开关。
3. 2. 2.智能仿生实时监测控制部分 当使用者穿上"气动鞋"之后，其脚也应当允许随意活动；需要注意的是，发动机助 力的时刻是有特别要求的，不能早，也不能晚，更不能乱发力(人在非奔跑、跳跃以外的其 它非真实需要助力的活动中)；因此，就提出了一系列的智能仿生要求；譬如怎样识别脚 的姿态是不是到了助力时刻？怎样确认使用者脚部运动的意图是不是真的需要助力？怎 样处理应当助多大的力？怎样做到无需任何附加的操作，就像通常的徒步运动一样，快速 的助力起步、止步和平稳站立？怎样满足使用者随心所欲的做出各种助力跑跳的动作？怎 样实现仅凭脚的动作，既可以单脚起跳，也可以双脚起跳，施展各种形式的自由运动？怎样 能够实现发动机的工作模式模仿"人体肌肉"的工作模式？怎样衔接助力完毕后如何使发 动机进入自由状态？怎样利用人脚的正常动作和习惯反映来发出各种控制指令？怎样处 理正在助力过程中的突发紧急情况？怎样在不改变人的徒步运动习惯动作的情况下做到， 随时、随地、很方便、很自然地仅仅凭借人的第一习惯反映就能及时地撤消发动机的助力？ 以及撤消发动机的助力后怎样恢复、能否等待、能否后退、能否从别处重新开始等等；该部 分就是从智能仿生角度，对上述一系列的要求给出全新的实现模式和一一具体的实现方 法。 3. 2. 2. 1该部分用于从仿生角度实时监测、分析和运算使用者脚部运动的关键指 标，从而实现脚对气动鞋工作的实时控制，见(附图1)、(附图2)和(附图3)。该部分的 功能是实时监测运动进程，运算处理检测结果，实时发出各种控制信号，控制发动机的工 作状态，并且能将"气动鞋"工作状态的控制融入到使用者的运动过程中，随时随地、无所不 从、安全可靠的执行使用者的动作意图，并从真正意义上把"气动鞋"这一工具与使用者之 间的相容性、一致性和互补性提高到合二为一的境界。 3. 2. 2. 2现在已有的弹跳鞋、弹簧鞋等是直接的力平衡，当使用者所施加的力小于 弹力时，它就弹出；本发明的助力特征是在需要的时候再助力，条件不具备时不助力。该部 分的特征在于它的检测要素和工作模式检测要素有踝关节角度、趾关节角度和脚前掌压 力，简称脚的运动"三要素"；工作模式是该部分在使用者的运动中，通过实时地对脚部运动 "三要素"的监测和运算，随时随地、及时准确地识别使用者的运动意图，安全、可靠、实时、 无误地向对应的执行器发出控制信号。 3. 2. 2. 3实现对"三要素"监测任务的器件分别有踝关节监测器(A)见(附图1)、 (附图2)和(附图3)，其功能如同一个旋转开关，转到一定角度(设定值)以上，输出高电 位逻辑"1"，否则，输出低电位逻辑"0";趾关节监测器(B)[包括监测点(Sd)和(Rd)]，其功能等同于R-S触发器，见(附图1)、(附图3);脚前掌压力监测器(F)见(附图1)和(附 图3)，其功能等同一个压力传感器；踝关节监测器(A)装在紧固部分，趾关节监测器(B)在 发动机和助力部分体现，脚前掌压力监测器(F)装在鞋板(1)的基架上(附图1)。
3. 2. 2. 4根据运动过程分析，"气动鞋"的助力开始时刻是踝关节的发力末端，在 脚即将离地时，只剩脚指发力的瞬间(见附图2)。 3.2.2.5本发明的"助力"的条件是踝关节监测器(A)发出逻辑"l";趾关节监 测器(B)也发出逻辑"l";同时，脚前掌压力监测器(F)的输出还要达到或超过流量执行器 (35)"门槛值"的设定压力["门槛值"是脚前掌压力监测器(F)受力后的输出值输入给流 量执行器(35)后，能够使其产生输出打开流量阀(38)的最小值]，流量执行器(35)输出 一个对应的流量控制动作，使流量阀(38)开启倒对应的流量开度[流量阀(38)的执行器 (35)不处在撤消状态]。 3. 2. 2. 6踝关节监测器(A)的输出是实时逻辑信号，在其角度活动范围内有一点 为阶跃点，角度超过该点输出逻辑"l"，角度小于该点输出逻辑"O"，我们把这个点所对应 的踝关节角度称作踝关节监测器(A)的设定值(这个设定值对同一个使用者在一般情况 下不用经常调整)；趾关节监测器(B)的的输出是有记忆能力的逻辑信号，它的功能等同于 R-S触发器，它的输出状态依赖输入端(Sd)和(Rd)先前的状态，在本发明中，输入端的状 态含义是逻辑"O"为触发到，逻辑"l"为悬空，也就是说趾关节监测器(B)的输出状态由 (Sd)、(Rd)两点是谁在现态之前曾被触发过来决定，(Sd)和(Rd)各自位置的选择和设定就 是助力板组合活动范围的选择和设定，(Sd)称作趾关节助力的起点设定值，(Rd)称作趾关 节助力的终点设定值(这两个设定值在一般情况下，同一个使用者也是不用经常调整的)； 在助力板组合确定的情况下，趾关节监测器(B)的两个设定值就决定了趾关节活动的起点 和终点的角度活动范围(本例是通过发动机的活塞活动范围来调整的，正式产品还有别的 方案可供选择)；脚前掌压力监测器(F)的输出是实时模拟信号(与其相关的流量执行器 (35)"门槛值"的设定压力，一般情况下对同一个使用者也不用经常调整)。
3. 2. 2. 7值得说明的是，趾关节监测器(B)输出的逻辑信号设计为有记忆功能，这 一要求除了能使系统简单、容易实现外，在使用上也非常有价值；譬如助力阶段完成后的防 误动作；又譬如在助力过程当中，由于某种原因，使用者通过减小踝关节监测器(A)的角度 或减小对脚前掌压力监测器(F)的压力，紧急撤销了助力后，又发现紧急情况不真实，再对 踝关节监测器(A)加大角度或再对脚前掌压力监测器(F)用力，发动机仍然能接着完成任 务；趾关节监测器(B)的这种记忆功能为使用者任意使用"气动鞋"提供了条件之一 ；"气动 鞋"是继续完成任务，还是在不助力的自由状态下前进、等待或后退进程，甚至运动到另一 个阶段重新开始都可以；智能仿生实时监测控制部分以及后边谈到的发动机和助力部分在 紧急停止并使其进入自由状态后，其恢复进程也都允许从任一阶段重新开始；因为，无论是 正常助力结束，由趾关节监测器(B)的(Rd)使发动机进入自由状态；还是突然情况下的紧 急停止助力，由踝关节监测器(A)使发动机进入自由状态；其自由状态对发动机和助力部 分的效果都是一样的，都是允许"气动鞋"的形态随意变化，发动机的活塞允许后退、前进或 中途等待。另外还有，"气动鞋"的仿生监测和运算控制都是实时的，所以不管进程状态自由 到何处，重新开始都不会乱套。 3. 2. 2. 8踝关节监测器(A)输出逻辑"1"所代表的物理意义是，由于运动，踝关节的角度到达设定值以及以上时，踝关节监测器(A)输出一个稳定的高电位逻辑"l";踝关节 监测器(A)的功能就相当于一个旋转开关(有抗抖动功能)，只要角度一小于设定值，无论 小多少，其输出都稳定在一个低电位逻辑"O"上；它的输出是踝关节角度变化的阶跃函数， 或者说是一种以设定值为阶跃点的实时逻辑信号；这种要求的重要性在于，从仿生角度看， 在真实的奔跑或跳跃中，脚指头的助力阶段要求踝关节的角度必须是到达设定值后的这一 姿态，否则就不是真实的助力阶段；另外，这种要求的重要意义还有，在任何阶段、任意时刻 都能立即停止发动机的做功，更重要的是踝关节的变化就是人的第一反应，该部分把它用 作急停的主要手段，特别是在助力进行阶段，发现了情况，中途撤销助力时就尤为重要；踝 关节角度设定值的参考方法是以奔跑为例，支撑腿的小腿与脚掌的角度从90度附近(只 要不到设定值，角度任意)逐渐加大(蹬地的过程)，向极限180度靠近(靠近水平因人而 异)，最终到达自己习惯的脚腕发力即将结束时的角度，且适当提前一些的地方为设定值 [助力阶段躲开踝关节监测器(A)的设定值(阶跃点)是防抖动、抗干扰的需要]。
3. 2. 2. 9趾关节监测器(B)输出逻辑"l"的物理意义是，支撑脚在奔跑中，脚指头 与脚掌从水平0度逐渐加大，当到达90度左右时(因人而异)，触发到助力的起点设定值 [(附图3)的(Sd)点]后，使趾关节监测器(B)输出一个高电位逻辑"l";助力的起点设定 值(Sd)就是定位脚指头发力开始时刻的角度位置，确切地说是发动机自由状态结束时刻 的触发点，真正的助力开始时刻还要加上发动机自由状态结束的响应时间；趾关节监测器 (B)等同于一个R-S触发器的功能，本发明(B) 二Q;它的功能是当Sd二O，Rd二l时R-S 触发器处于置位状态，次态=1， Q= l(Q是本发明所采用的输出端；Sd二O是活塞触发到 了 Sd点；Sd = l，是活塞离开了 Sd点；Rd同理)，在本发明中就是助力板弯曲到位，自由状
态下的活塞被缆绳拉移到了左端，触发到了助力的起点设定值(Sd)(附图3);当Sd = 1，
Rd = 0时R-S触发器处于复位状态，次态二 O，Q = O，本发明的助力板组合被发动机拉到平 直，活塞被压縮空气推到了右端，触发到助力的终点设定值(Rd)(附图3);当Sd = l，Rd = l时(活塞在(Sd)、(Rd)两点之间的任意位置)R-S触发器处于维持状态，次态二现态，Q二 不变，在本发明中是发动机的做功助力阶段或自由状态阶段；R-S触发器不允许Sd = 0， Rd =0的情况出现，本发明不可能出现这种情况，因为只有一个活塞，不可能同时触发到(Sd) 和(Rd)两个点。 3. 2. 2. 10脚前掌压力监测器(F)输出的与之对应的控制流量的信号的物理意义 是，确认使用者在使用"气动鞋"，正在触地用力，其输出值的大小客观地反映使用者想用 多大的力来移动，并且向流量执行器(35)施加了开启信号，(35)输出执行动作，使流量阀 (38)打开至对应的百分比。 3. 2. 2. 11以上三个条件(A) = 1、 (B) = 1和(F)的输出超过流量执行器(35)的 "门槛值"且使其有动作输出，三个条件同时满足后，才是发动机做功的唯一时刻(见附图 2)。从(附图3)中不难看出，踝关节监测器(A)、趾关节监测器(B)相与在与非门(27);与非 门(27)的输出一路直接控制执行器(23)，另一路则通过非门(28)再去控制执行器(29)， 这样就单凭与非门(27)的状态，简单、有效地实现了执行器(23)[排气、连通阀(31)]和执 行器(29)[进气阀(30)]的互非逻辑关系，从而实现了发动机模仿了肌肉的工作模式；脚前 掌压力监测器(F)则是通过流量执行器(35)、流量阀(38)在主气路上与进气阀(30)相与； 这样就从整体上实现了 (A) = 1、 (B) = l和(F)的输出超过流量执行器(35)的"门槛值"相与的逻辑控制关系，简单巧妙地实现了对脚部运动"三要素"的监领U、识别和运算，有效实 时地控制了"气动鞋"发动机的做功状态、自由状态(停止状态)和输出功率的情况，全面 实现了前边所提出的智能仿生要求和实时监测控制功能。 3. 2. 2. 12另外，踝关节监测器(A)还是"气动鞋"的助力功能开关，当(A)关闭后， 不管踝关节角度如何变化，都将输出一个低电位逻辑"O"，封锁与非门(27)，"气动鞋"就如 同一般的鞋，发动机不再做功，持续处在自由状态，鞋的弯曲自如；以(附图3)叙述其原理 踝关节监测器(A)、趾关节监测器(B)共同作用于与非门(27)的输入端，如果踝关节监测器 (A)被关闭(输出一个低电位逻辑"O")，就同时封锁了与非门(27)， [(27)的输入端只要有 一个"0"， (27)就一定会输出一个高电位逻辑"l"]，与非门(27)输出的持续高电位，通过 执行器(23)，使排气、连通阀(31) —直保持打开状态；与非门(27)输出的另一路通过非门 (28)反相变为低电位逻辑"O"，施加到执行器(29)上，立即关闭进气阀(30)，且被持续保持 到踝关节监测器(A)被打开后(A) = 1同时(B) = 1时为止；进气阀(30)的持续关闭，排 气、连通阀(31)的持续打开，保证了发动机持续处在自由状态，发动机的输出连杆(26)也 就能够始终保持在自由状态下，伸縮自如。 3. 2. 2. 13设置脚前掌压力监测器(F)的重要作用是为满足仿生功能更逼真的要 求，如果没有脚前掌压力监测器(F)，仅凭踝关节监测器(A)、趾关节监测器(B)就不能识别 "踮脚跟"和"真奔跑(跳跃)"的区别，也不能识别脚有没有踩地，气动鞋是不是穿在脚上 等非使用的情况；再一个作用是，在奔跑中需要"急停或减速"时，最后一步助力的撤销或减 小助力，它能从用力大小的情况加以辅助保证。 3. 2. 2. 14脚前掌压力监测器(F)所控制的执行机构是流量执行器(35)，流量执行 器(35)有两种状态可选，一种是开启状态，一种是撤消状态。 3. 2. 2. 15撤销状态就是把流量执行器(35)的选择开关扳向撤销状态，此时就撤 消了压力信号的控制作用；手动选择流量阀(38)的打开程度，是通过流量执行器(35)的自 身特性来实现流量阀(38)零到百分之百开度的选择的；或者直接通过机械传动来实现流 量阀(38)的打开程度，即零到百分之百开度的选择；气动鞋对压力指标的监测不再处理； 主要用于检修、试验、极限运动等等。 3. 2. 2. 16开启状态有两个工作指标可供选择， 一种选择是流量执行器(35)的"门 槛值";另一种选择是流量执行器(35)的"封顶值"["封顶值"是脚前掌压力监测器(F)受 力后的输出大于等于该值后，流量执行器(35)认为等同于该值，并保持百分之百的输出]; 通过调整流量执行器(35)的"门槛值"，可以确定脚前掌压力监测器(F)的起始压力生效 值，也就是说"门槛值"是脚前掌压力监测器(F)受力后的输出，能够使流量执行器(35)的 输出打开流量阀(38)的最小值；"门槛值"对抗干扰(防止并非使用者真实意图的误动作) 十分有用；通过调整流量执行器(35)的"封顶值"，相当于调整脚前掌压力监测器(F)的放 大倍数和控制特性，可以确定脚前掌压力监测器(F)到达最大助力的生效值，也就是说"封 顶值"是脚前掌压力监测器(F)受力后的输出值大于该值后，流量执行器(35)的输出恒定 于最大输出的值，这对疲劳后仍需要大功率助力时特别有用；本发明的"门槛值"小于等于 "封顶值";流量执行器(35)在"门槛值"和"封顶值"之间是线性的输入、输出关系(随着 "门槛值"和"封顶值"的调整，其自身在区间内的线性放大倍数随之变化)，大于等于"封顶 值"后，对应流量阀(38)开启度为百分之百；小于"门槛值"时，流量阀(38)不开启；等于"门槛值"时，对应能使流量阀(38)开启的起开度[起开度是指流量阀(38)的起始开启程 度所占全开时的百分比，由流量执行器(35)自身的机械特性决定];"封顶值"的调整范围 可以从最大压力对应流量阀(38)百分之百开启到一过"门槛值"设定压力就使流量阀(38) 百分之百开启任意选择；流量执行器(35)的这种特性的调整是为了满足不同情况下的使 用，譬如增大放大倍数(降低"封顶值")用在野外强行军或极限运动中，使用者已经劳累， 但仍需要大功率助力；减小放大倍数(提高"封顶值")用在大步快走或慢跑小踮儿的助力 行走或初学者当中；"门槛值"的调整范围只要能满足抗干扰的需要即可，不宜过大，因为脚 前掌的压力如果达不到"门槛值"设定值，就不能使流量执行器(35)有输出，当然也就不会 将流量阀(38)打开，发动机就得不到气源，所以，就会违背使用者的运动意图，错误的停止 发动机的气源供应；因此，也就得不到想要的助力。 3. 2. 2. 17流量执行器(35)的输入与输出有延时响应选择(输出总是滞后输入一 定的时间)；延时长短的选择与"气动鞋"的类型和型号有关。 3. 2. 2. 18如果选择流量执行器(35)为开启状态，"门槛值"和"封顶值"选择适中， 则只要脚前掌的用力一超过"门槛值"的设定压力，就打开流量阀(38)，(起始开启度的大 小和所占全开的百分比与鞋的类型有关)，使用者用力越大，流量阀(38)开启的就越大，发 动机的输出功率就越大，跳得就越远(见附图3)。 3. 2. 2. 19值得说明的是，不用担心在助力过程中使用者对脚前掌压力监测器(F) 所施加的力不能保持，因为随着发动机的做功，使用者只要不收回踝关节监测器(A)的角 度，脚前掌所受的压力是在加大的[助力板组合(3)弹地所产生的反作用力的助推效果]， 一般情况下，其加大程度与使用者的体重(载荷)、"气动鞋"的功率等情况有关；这也正是 为什么流量执行器(35)要选择适当的延时响应特性的原因。 3. 2. 2. 20综上所述，智能仿生气动鞋的智能仿生实时监测控制部分的特征在于 它的智能仿生、监测运算和控制工作的全过程具体公开了智能仿生气动鞋是如何融入到使 用者身体运动中的一种方法；它的检测要素是踝关节角度、趾关节角度和脚前掌压力；它 的工作模式是通过对脚部运动这三个要素的实时监测和运算，随时随地、及时准确地识别 使用者的运动意图，同时对发动机和助力部分的工作状态进行实时控制；它有踝关节监测 器(A)，趾关节监测器(B)，脚前掌压力监测器(F)，与非门(27)，非门(28)，执行器(23)， 执行器(29)，流量执行器(35)和相关器件组成；与非门(27)的输出，一路直接控制执行器 (23)，一路通过非门(28)控制执行器(29)，执行器(23)和(29)又都是及时关闭、延时打开 特性，从而实现了进气阀(30)和排气、连通阀(31)为互非的逻辑关系，且在状态转换时不 浪费能源，满足了发动机的仿生工作模式的仿生控制要求；以踝关节监测器(A)、趾关节监 测器(B)、脚前掌压力监测器(F)逻辑与的运算结果为真是发动机做功的充分必要条件[发 动机状态控制器(G)不处在强制状态，执行器(35)不处在撤消状态];从结束发动机自由 状态的条件指令一发出[在支撑阶段，由于助力板组合的逐渐弯曲，最终触发到了趾关节 监测器(B)的助力起点设定值(Sd)点]，就迅速使趾关节监测器(B)输出逻辑"l"，再与上 踝关节监测器(A)达到设定值角度后输出的逻辑"l"，使与非门(27)输出逻辑"0"的结果， 决定发动机自由状态结束的动作开始时刻[开始关闭排气、连通阀(31)];加上执行器(29) 延时打开的时间常数[排气、连通阀(31)关闭(结束自由状态)的响应时间]为发动机做 功开始的时刻；以触发趾关节监测器(B)的助力终点设定值(Rd)点决定发动机做功的停止时刻；以做功的停止时刻再加上执行器(23)延时打开排气、连通阀(31)的时间常数[进 气阀(30)完成关闭的响应时间]决定发动机自由状态的开始；使用者在奔跑中控制发动 机的工作循环是支撑脚运动到接近末段时，自由状态结束动作开始——结束完成，紧跟着 做功开始——做功停止——停止完成，紧跟着自由状态开始(发动机排气，气泵组合恢复到 位)——从离地到空中、再到落地(能量回收)、再到支撑阶段，助力板组合的状态都是自由 的，直至到真实需要助力的助力板组合再次弯曲到位[触发到了趾关节监测器(B)的助力 起点设定值(Sd)点]，新的自由状态结束动作开始...；以脚前掌压力监测器(F)实时控制 发动机的输出功率，包括任意时刻可以关停发动机的工作气源[执行器(35)没有处在撤消 状态];踝关节监测器(A)的输出是以角度设定值为阶跃点的实时逻辑信号，根据个人习惯 和特殊需要可以对踝关节监测器(A)的角度设定值进行设定，踝关节的活动角度只要小于 该设定值就输出逻辑"0"，否则输出逻辑"1"，它能通过输出逻辑"0"的手段在任何阶段、任 意时刻停止发动机的做功并使其进入自由状态；趾关节监测器(B)的的输出是有记忆能力 的逻辑信号，它的功能等同于R-S触发器，它的输出状态依赖输入端(Sd)和(Rd)的状态， (Sd)和(Rd)的位置是可以设定的，这两个设定值是助力板组合活动范围的起点和终点的 重要参数(趾关节活动的角度范围)；脚前掌压力监测器(F)的输出通过流量执行器(35) 来控制流量阀(38);流量执行器(35)有两种状态可选，一种是开启状态，一种是撤消状态； 撤销状态就是撤消压力信号的控制作用，手动选择流量阀(38)的打开程度，是通过流量执 行器(35)的自身特性来实现流量阀(38)零到百分之百开度的选择的；开启状态有两个工 作指标可供选择，一种选择是流量执行器(35)的"门槛值";另一种选择是流量执行器(35) 的"封顶值";流量执行器(35)在"门槛值"和"封顶值"之间是线性输入、输出关系，其输出 滞后输入一定的时间，并且"门槛值"小于等于"封顶值"；当脚前掌压力监测器(F)的输出 大于等于"封顶值"时，对应流量阀(38)开启度为百分之百；小于"门槛值"时，流量阀(38) 不开启；等于"门槛值"时，对应能使流量阀(38)开启为起开度[起开度是指流量阀(38) 的起始开启度所占全开时的百分比，由流量执行器(35)自身的特性决定]。 [O(HO] 3. 2. 3.发动机和助力部分 该部分用于使用者在运动中的助力，是智能仿生实时监测控制部分的执行者；见
(附图1)、(附图2)、(附图3)。该部分由发动机、助力板组合(3)[包含仿生关节(16)、
助力板掌和助力板掌的面(13)、助力板的爪子(18)]和缆绳(14)等组成。 3. 2. 3. 1发动机安装在"气动鞋"的中部，助力板组合就是"气动鞋"的前部分(能
够弯曲活动的部分)，见(附图2)中的(3);助力板有多级转轴连接或局部柔性连接(模仿
关节的功能)，本发明把连接处称其为仿生关节(16)，最末级连接到"气动鞋"的中部；发动
机、助力板组合、缆绳以及连接件等共同构成助力体系。 3. 2. 3. 2助力板组合的弯曲活动范围一般使用在(附图1)到(附图2)之间("气
动鞋"的鞋板平直0度弯曲到接近90度之间)，在特别需要的情况下，其弯曲活动范围可再 向负的方向增加一些，即向下多弯曲一些，超过附图1所示的鞋板平直0度；为满足这种特 别需要，需要助力板的上翘更高，从而才能获得更长的助力距离。 3. 2. 3. 3缆绳(14)从发动机的输出连杆[附图3 (26)]起，穿过各级助力板的缆绳 导孔槽，连接在最前端第一级助力板的受力点上，各级助力板的缆绳导孔槽可以是孔状或 是槽状，也可以有选择的混合使用；孔状的优点是作用力的方向最好，槽状的优点是没有摩擦(附图2)。 3. 2. 3. 4发动机做功时，其连杆拉动缆绳，缆绳拉动助力板的最前端(第一级助力 板)首先发力；由于缆绳两端受力点的位置特征[缆绳两端在连接各自的作用点的空间位 置选择上，主要依据其各自相对鞋板(1)(附图1)平面的距离和各级关节之间的距离以及 脚掌受力情况的综合计算结果]，助力板组合的各级之间连接处的结构特征，各级助力板的 长度和形状的特征，确保了助力过程中助力板组合的弯曲轮廓由正圆弧(向脚面弯曲的上 翘姿态，如附图2所示)状态从最前端起逐渐向直线(包括负圆弧)过渡；最前端助力板拉 到位后传递到次前级(触碰到紧邻它的那块助力板)，直至整个助力板组合被拉到助力全 过程结束的位置(附图l是鞋底恢复平直)；各级助力板的递进顺序特征，保证了助力板组 合的助力方向更趋合理；另外，助力时从第一级开始助力，第一级拉到位后触碰传递至相邻 级，依次递进；每递进一级，相当于第一级助力板加长了一部分，这种逐级加长的重要性在 于，在发动机输出的力的速度变化不太大的情况下，也能够使发动机满足助力后段速度越 来越快的需要，达到提高发动机效率的效果；在助力阶段整个助力板组合由原先的上翘正 圆弧变为直线(包括延伸至负圆弧)；缆绳导孔槽避免或减小了缆绳的摩擦，并且也能使各 关节受力更均匀、各块助力板的受力方向更合理以及整体助力加速效果的更自然；助力板 组合在匀力、加速的弹地过程中，其反作用力帮助脚从速度0加速到大于2V。
3. 2. 3. 5助力板组合在离地后(助力阶段结束)就进入了空中恢复阶段(自由状 态)，其形态一般仍保持助力结束时的形态(有变化也没关系)；助力板组合落地时进入能 量回收阶段，如果选用了加长助力距离时用的负圆弧形式的助力终点状态，则在助力板组 合落地时首先凭重力使其变为直线(见附图1);助力板组合在落地后的支撑阶段，随着脚 的运动，弯曲是从末级逐级开始，直至整个助力板组合弯曲到位，进入自由状态结束，开始 新的助力阶段。 3. 2. 3. 6发动机可以采用多种方案，只要能达到前面提出的仿生要求(模仿肌肉) 都可以，也就是能达到输出一个力的大小适中、作用距离合适、拉完就释放(输出端可以自 由伸縮)的动力即可。 3.2.3.7为叙述方便，采用活塞式方案叙说见(附图3)。它由气缸(34)、活塞 (33)、进气阀(30)、流量阀(38)、排气、连通阀(31)、排气单向阀(32)、连杆(26)、输气管和 连接件等组成发动机。需要特别说明的是发动机的工作状态必须满足前边提到的仿生要 求(模仿肌肉)；对于活塞式方案来说，自由状态要求气缸的左、右室必须连通，同时还必须 是发动机的停止状态；发动机的停止状态要求进气阀关闭，排气阀打开；发动机的做功状 态要求进气阀打开，排气阀关闭；根据这三种状态要求分析，连通阀和排气阀的工作状态相 同，故在本发明中用排气、连通阀(31)来实现；这样一来，进气阀(30)与排气、连通阀(31) 的工作状态成了互非的逻辑关系，此特征简化了控制系统，同时也使发动机实现了该做功 时输出拉力，做功一旦被停止，马上使其进入自由状态的一种模仿"肌肉"功能的工作模式。
3. 2. 3. 8 "气动鞋"运动在落地支撑阶段时，鞋底在逐渐弯曲，踝关节角度也在逐渐 加大，直至踝关节监测器(A)的变化到达设定值时[满足进气阀(30)打开的必要条件]， 第一级助力板的鞋板与鞋板(1)中后部的夹角[趾关节监测器(B)的监测任务]达到助力 起点设定值的度数时，即脚在接近离地前，在本发明中具体体现在，通过缆绳拉动的自由状 态下的连杆带动活塞到达趾关节监测器(B)的监测点(Sd)(发动机自由状态结束的触发位置，也叫助力起点设定值)；趾关节监测器(B) (R-S触发器)进入置位状态，Q = 1即(B)= 1与(A) = 1同时作用于与非门(27)的输入端[触发前，排气、连通阀(31)开启状态，进 气阀(30)关闭状态]，与非门(27)满足反转条件，输出低电位逻辑"O"，一路直接施加到排 气、连通阀(31)的执行器(23)上，使其立即关闭(31)，结束发动机的自由状态，为发动机做 功做好准备；另一路通过非门(28)反相为高电位逻辑"l"，输出的高电位逻辑"l"使执行 器(29)延时(延时的时间常数是排气、连通阀(31)的关闭响应时间)打开进气阀(30) [等到排气、连通阀(31)刚好关闭，进气阀(30)才打开];储气包里的压縮空气通过脚前掌 压力监测器(F)控制的流量阀(38)、进气阀(30)将压縮空气注入气缸(34)的左室，活塞在 压縮空气的推动下做功(向右移动)，输出拉力。 3. 2. 3. 9活塞另一面气缸体上的排气口在通向气泵组合的气路上装有一个排气单 向阀(32)(保证能量回收时压縮空气不至于倒灌)，在发动机做功的过程中，活塞另一面的 空气是通过排气单向阀(32)排出，注入气泵组合(37)，帮助回收部分的气泵开始复位，当 活塞工作到(Rd)位时，就是触发到了助力终点设定值，助力板被拉到平直状态(包括负圆 弧状态)，助力完毕；趾关节监测器(B) (R-S触发器)进入复位状态，(B) =9 = 0，此时，不 管踝关节监测器(A)的状态如何(与非门的特性决定，听低的)，与非门(27)都会输出高电 位逻辑"l"，一路通过非门(28)输出低电位逻辑"0"，执行器(29)接到低电位后立即关闭 进气阀(30)，另一路执行器(23)接到高电位后，延时(与前边叙述的时间常数同理)打开 排气、连通阀(31)，左室的压縮空气通过(31)进入右室，再通过排气单向阀(32)排向气泵 组合(37)，使气泵恢复到理想位置；溢气阀(9)保证气泵组合复位拉开后其内部的气压不 超过理想的初始压力，为下一个周期做好了准备。 3. 2. 3. IO执行器(23)和(29)都是延时打开、及时关闭特性，延时的时间等于其关 闭的响应时间[进气阀(30)和排气、连通阀(31)关闭的响应时间相同]，选择延时打开的 目的是不浪费能源。 3.2.3. 11当使用混合气源发生器和外挂补能时，如果采用超强力的特别运动， 万一溢气阀(9)不能在空中恢复阶段，满足使气泵组合内的气压恢复到理想的初始压力 时，外泄阀(25)可以从关闭状态调整到需要的外泄流量，满足这一特殊的运动需要。 [OOM] 3.2.3. 12助力板掌和助力板掌的面(13)可更换，助力板的爪子(18)可伸縮、可 更换、可拆卸，用以满足适应极端环境的调整和延长"气动鞋"的寿命；特别在沙漠、沼泽、卵 石、冰面等特殊环境是需要调整的。 3. 2. 3. 13助力板前端，蹬踏地面的作用面是曲线上翘模式是该部分的特征之一 ； 第一级助力板的长度、前端上翘的曲率、高度和端头爪子的特征，与后边各级助力板(仿生 关节)的长度(距离)和数量、助力板组合的活动范围、缆绳受力点的位置、发动机的拉动 距离和力的大小都有密切的关系；它决定了助力方向递变过程的仿生更逼真，助力的方向 更合理；它体现了轮式滚动的优势，它具有防滑、加大步伐、提高效率的作用；它是选择发 动机排量的重要参数；发动机的排量又决定了气泵组合的最大注气量。
3. 2. 3. 14助力板的多块和逐级传递模式是该部分的特征之一 ；助力板的多块，提 供了助力板组合的活动条件和使用者穿着的舒适性，其连接结构支持了在仿生关节区间内 的鞋底只能在垂直面上一定区间内直线变圆弧和圆弧变直线(直线可延伸至负圆弧)；助 力时从第一级开始助力，第一级拉到位后触碰传递至相邻级，依次递进；每递进一级，相当于第一级助力板加长了一部分，这种逐级加长的重要性在于能使助力方向的演变过程更合 理，同时在发动机输出的力的速度变化不太大的情况下，也能够使发动机满足助力后段速 度越来越快的需要(四肢动物后腿发力的特征)，达到提高发动机效率的效果；在助力阶段 整个助力板组合由开始助力时的上翘正圆弧逐渐变为直线(包括延伸至负圆弧)；落地后 的弯曲是从末级逐级开始，直至整个助力板组合弯曲到触发趾关节监测器(B)的助力起点 设定值(Sd)点时为止(选用加长助力距离时用的负圆弧形式的助力终点状态，在落地时首 先凭重力使其变为直线)；缆绳导孔槽避免或减小了缆绳的摩擦，并且还能使各关节受力 更均匀、各块助力板的受力方向更合理以及整体助力加速效果的更自然。 3. 2. 3. 15另外，发动机还有状态控制器(G)，见(附图3)中的(G) ， (G)相当于一个 三态操作机构，一种状态是强制(30)开(31)闭，发动机强制做功；另一种状态是强制(30) 闭(31)开，发动机强制关闭，无论所有的监测点的信号如何，"气动鞋"在任何阶段都可以自 由弯曲；再一种状态是自动状态，就是把发动机完全交给智能仿生实时监测控制部分来控 制；设(G)的目的是检修、试验或特别情况下的手动使用。 3. 2. 3. 16综上所述，智能仿生气动鞋发动机和助力部分的特征在于发动机的工 作模式公开了一种模仿"人体肌肉"功能的工作模式，具体表现为，助力阶段输出拉力，其余 阶段输出端处在松弛自由状态；这种工作模式是由进气阀(30)与排气、连通阀(31)的工作 状态是互非的逻辑关系来实现的；该部分的多关节助力板组合、缆绳、空气发动机实现了智 能仿生实时监测控制部分的控制执行结果，两部分的协作全过程具体实现了一种智能仿生 助力模式；多关节助力板组合公开了一种模仿四肢动物后腿功能的助力模式；发动机还有 状态控制器(G)，一种是强制状态，在强制状态中，可以通过手动操作使发动机强制做功或 强制关闭(关闭的含义就是让发动机处在自由状态)；另一种是自动状态，把发动机完全交 给智能仿生实时监测控制部分来控制；发动机与助力板组合的力传动采用逐级受力方式； 助力板组合的末端连接在智能仿生气动鞋的中部；助力板组合自身的特征之一是仿生多关 节，智能仿生气动气动鞋底的多关节段整体轮廓的弯曲和变形，只能在垂直面上一定区间 内直线变圆弧或圆弧变直线(包括由直线再延伸到负圆弧)；助力板组合中的各块尺寸的 确定，穿过各级助力板的缆绳导孔槽形状的选择和缆绳两端的连接点的空间位置确保了助 力板组合的递进顺序是最前端第一级助力板首先发力，依次递进，直至整个助力板组合被 拉到助力结束的位置；装在助力板上的助力板掌和助力板掌的面是可以更换的，助力板的 爪子(18)可以伸縮、更换和拆卸，为满足适应极端环境的调整和延长鞋的使用寿命提供了 方便。 3. 2. 4.能量回收部分: 3.2.4. l该部分由气泵组合和鞋跟掌以及连接件组成(见附图l);它有气泵座 (5)，补气单向阀(4)，输气单向阀[附图3中的(22)]，第一级气泵(8)，第二级气泵(7)，第 三级气泵(6)，鞋跟掌(IO)，弹性万向扭力节(ll)，鞋跟掌面(12)，气泵组合开关(17)，气 泵拉展后起限压作用的溢气阀(9)和来自发动机的排气接受口 [发动机部分的排气单向阀 (32)];根据不同类型的"气动鞋"，可选择是否在第一级气泵(8)上添加机械复位弹簧；气 泵组合可做成一个独立的部件。 3. 2. 4. 2溢气阀(9)的开启压力设定值与"气动鞋"的型号有关；鞋跟掌(10)用于 脚在下落时能量回收的作用面和落地后的防滑。能量回收实质上就是通过一组气泵(多级伸縮打气筒)来实现，将脚在落地过程中的能量转化成压縮空气，通过输气单向阀(22)存 入蓄能部分的储气包。 3. 2. 4. 3气泵分三级， 一个方案是摆动式和直线往复式相结合的气泵组合；另一 个方案是多级同为直线往复式的气泵组合；现以三级直线往复式方案叙述见(附图1)， 级是可以调整的，也就是说鞋后跟落地时的长度是可以调整的(最大注气量调整)，级的调 整是通过气泵组合的开关(17)的操作来实现的；其原理是，卡住气泵，不被拉开，这就是关 闭；否则，就是打开；第二级气泵(7)和第三级气泵(6)都是这样的；第一级气泵(8)除了 卡与不卡的功能外，还有一个与外泄阀(25)联动的功能，其目的是增加一个不回收能量的 情况下也能助力的功能；使用者在穿着"气动鞋"时，如果不需要回收能量，可将三级同时关 闭(相当于普通鞋跟，上下公交车非常有用)；如果是初学者或不需要快速奔跑的时候，可 只用第一级气泵(8);如果是熟练者，需要加大步幅，提高弹跳高度，减震更充分，回收能量 更多时，可将第二级气泵(7)、第三级气泵(6)逐次或同时打开；另外，三极气泵组合最后阶 段的有效压縮面积最小，便于将高压空气输出。 3. 2. 4. 4鞋跟掌与气泵之间有弹性万向扭力节(11)，其作用是提高脚落地时的稳 定性，不管路面有多不平，人脚的感觉总是落在平地上(实质是落在弹性万向扭力节这一 稳定点上)，防止歪脚脖子；鞋跟掌(10)和鞋跟掌面(12)都是可以更换的，用以满足适应 极端环境的调整，比如沙漠、沼泽、卵石、冰面等特殊环境。 3. 2. 4. 5当蓄能部分的储气包需要建立初始压力时，可原地站立，利用第一级气泵 (8)的反复拉开、下压来实现；在拉开气泵(8)的过程中，外部的自然空气通过补气单向阀 (4)向泵内吸气，用力下压鞋后跟[第一级气泵(8)]时，由于气泵注塞的运动，一开始便把 溢气阀(9)的排气口隔离出压縮气室，泵内的压縮空气只能通过输气单向阀(22)向"气动 鞋"蓄能部分的储气包里注气；左、右鞋同理。 3. 2. 4. 6综上所述，能量回收部分的气泵组合不仅模仿了四肢动物前腿的减震、防 滑和支撑稳定的特点，还能不断地向蓄能部分补充能量，这一方法具体实现和公开了一种 步进运动的节能模式；该部分有气泵组合和鞋跟掌以及连接件组成；气泵组合可分多级， 有气泵开关、补气单向阀、输气单向阀、气泵拉展后起作用的溢气阀和来自发动机的排气接 受口 ；鞋跟掌用于脚在下落时能量回收的受力面和落地后的防滑；鞋跟掌与气泵组合之间 有弹性万向扭力节连接；鞋跟掌和鞋跟掌的面是可以更换的，能够满足适应极端环境的调 整和延长"气动鞋"的使用寿命；气泵组合中参与工作的气泵的数量可以通过气泵开关来调 整，这种调整为满足选择减震能力和能量回收多少(注气量)的需要提供了方便。
3. 2. 5..蓄能部分用于将回收的能量存储起来，见(附图1)和(附图3)。其主要 部分位于鞋中部，与发动机在一起；它的作用相当于一个储气包(压縮空气罐)；它包括两 个进气(其中一个是补能接口 )， 一个排气口 ， 一个连通口 (与辅助储气包的接口 )， 一个安 全阀(20)和一个压力显示接口 (39);且容积和压力与鞋的型号有关；助力板前部的空间可 安装辅助储气包和混合气源发生器(36)，用以特殊需要的稳定气压和补能；通过另一个外 接进气口 (补能接口 )，可以连接外挂补能系统。如果加装了辅助储气包和混合气源发生器 (36)，在不用混合气源发生器的情况下也可以使用辅助储气包；当然，也可以单独安装较大 的辅助储气包，用于满足提高供气源压力稳定性的特别需要。 3. 2. 6.补能部分用于补充体能，见(附图3)。该部分有两种补能系统， 一种是外挂补能系统，另一种是混合气源发生器系统；它具体实现和公开了一种体能补充模式；外
挂补能系统就是背在人身上的压縮空气包，通过减压阀、开关、分配器组合(21)和输气管
道，分别为两只"气动鞋"供气；可选择的安装在助力板前部空间的混合气源发生器，是可控
的将化学能或其它能转化成混合压縮气体的补能方式，它与辅助储气包相连；这两种补能
方式可单独使用、同时使用或都不用，为使用者提供了体能补充的选择方式。 3.2.7.综上所述，这种智能仿生气动鞋，不仅模仿了轮式交通工具的优点(第一
级助力板的上翘模仿了轮式滚动的特征)，而且还从多方面模仿了优势进化的生物特征，实
现了一种多方面的仿生模式它的助力板模仿骨骼，各级助力板的连接模仿关节，缆绳模仿
肌腱，发动机模仿肌肉，智能仿生实时监测控制部分模仿了神经条件反射；空气介质在系统
内的反复转化模仿了人体内的血液循环；助力板组合模仿了四肢动物的后腿；能量回收部
分的落地方式不仅模仿了四肢动物的前腿，而且还做到了能量回收；这种多方面的仿生模
式能够很容易地把工具与使用者之间的相容性、一致性和互补性提高到合二为一的境界，
为满足让普通使用者很舒适地马上实现个人能力的大幅度提升，提供了多方面仿生的新思
路、新方法和新模式。 四、有益效果 本发明的有益效果在于 4. 1.可以有效地提高人的奔跑耐力、跨越距离、弹跳高度、落地势差和奔跑速度；
4.2.可以推进交通工具的最小化和最轻化； 4. 3.可以做到让普通人实现娱乐工具的实用化，实用工具的娱乐化，方便出行，增 加情趣，推动全民健身热情，提高人民的健康水平； 4. 4.可以改观交通工具对路面的依赖性，凡是人能正常行走的地方都能使用，没 有路也能快速行驶，提高人们的野外活动能力； 4. 5.可以有力地配合城市公共交通的发展，从根本上改善城市交通的道路拥挤状 况，减少交通事故，提高出行效率，降低出行成本，大幅度的降低汽车尾气排放对城市的空 气污染； 4. 6.可以极大地方便交通工具的携带和存放，显著的降低存放成本，从根源上消 除因个人交通工具的停放而引发的公共场地占用的矛盾，有助于融洽全社会的人际关系；
4.7.可以吸引全世界的目光，助推国际贸易中自主知识产权的商品出口 ；开拓大 学生的就业创新视野，弘扬前辈们理论结合实际的优良传统，为把自主创新事业做的更大、 更强、更响亮平添力量； 4.8.可以开创一个全新的产业链，带动一批成长空间巨大的优良投资项目；"脚 用工具"概念的提出，可以影响人们的思维，推动人类工具制造业创新理念的发展，也可能 起到抛砖引玉的效果，使更多人的创新智慧被激发出来，创造出更多的新工具、新产业；
7. 9.可以提供大量的优质的就业岗位，缓解头号社会矛盾； 7. 10.可以大幅度地节省原材料的消耗，极大地降低能源消耗和环境污染，推进节 约型和环保型社会的建设。
五
附图1是本发明的外形图；图中所示为智能仿生气动鞋在落地过程中的姿态(为照顾图面，"气动鞋"的整体落地角度没有倾斜)；类型是三级直线往复能量回收(三级气泵 组合)、五级助力板组合的智能仿生节能助力模式的外形特征体现图。
附图2是本发明的外形图，"气动鞋"离地前的助力姿态；也是摘要的附图。
附图3是本发明的工作原理示意图。
六具体实施例方式
按照本发明所提供的"气动鞋"，其特征在于，所述各部分理论依据的可靠性，市场 需求的真实性，具体实施方式
的技术可行性，市场已有材料的多选性，以及相关生产工艺的 成熟性；其具体实施过程如下下面结合(附图1)、(附图2)和(附图3)，按照不同的工作 阶段，对本发明做进一步的说明[在原理叙述(附图3)中，用代号(37)来代表整体气泵组 合]。 6. 1.能量回收阶段是脚在落地时的进程阶段；落地前，脚以高于两倍于人的行 进速度的速度撞向地面，此时以脚为代表的能量通过安装在"气动鞋"后部(鞋跟)的气 泵组合[(附图3)中的(37)，外形图见(附图1)中的(4) 、 (5) 、 (6) 、 (7) 、 (8) 、 (9) 、 (10)、 (11) 、 (12) 、 (17)]将使用者的整体势能和两个方向的以脚为代表的综合动能转化为压縮空 气；通过输气单向阀(22)储存在蓄能部分的储气包内。需要说明的是，如果是助力运动的 新开始，脚在落地之前，气泵组合没有得到发动机的排气，在空中恢复阶段自然不能恢复到 位，不过不要紧，没有回收能量也说明先前没有助力，落地势差也不会太大，或者说只是本 次回收的能量少一些而已，并不影响下一个周期的工作。根据载重量要求的不同、减震程度 要求的差异、对步幅增大量要求的需要和弹跳高度要求的变化，可选三级或多级往复气泵 实现；如果对步幅加大要求较高，还可选摆动式和直线往复式相结合的气泵组合方案。
6. 2.支撑阶段是脚落地后(气泵组合压縮到位后)支撑身体重量的阶段；如果 气泵组合没有完全压縮到位，则相当于女士穿高跟鞋在奔跑，应当尽量避免；避免的方法很 简单，就是选择适合自己体重的"气动鞋"，或适当关闭几级气泵；当然，这种气泵压縮的不 到位并不影响"气动鞋"的正常工作；支撑阶段脚的姿态是在不断地变化的，鞋板(1)由平 直(附图1)，逐渐弯曲过渡到(附图2)所示；脚前掌压力监测器(F)受力，流量阀(38)打 开到对应的流量，为发动机提供气源；在这一过程中，踝关节监测器(A)的角度逐渐加大到 设定值后，输出高电位逻辑"l";通过传递线(15)作用到(附图3)中的与非门(27)上，满 足触发条件之一 ；同时，趾关节监测器(B)(附图1，附图2，附图3)随着鞋板的弯曲，通过缆 绳(14)、连杆(26)拉动的自由状态下的活塞(33)逐渐向左，触发到趾关节监测器(B) (R-S 触发器)的(Sd)点(为图面简洁采用触点表示，在实际应用中可采用无触点检测)，趾关节 监测器(B)进入置位状态，输出高电位逻辑"l";此时，踝关节监测器(A)、趾关节监测器(B) 同时为高电位逻辑"l"，与非门(27)满足了反转为输出低电位逻辑"O"的条件(由原来输 出的高电位逻辑"1"，反转为低电位逻辑"0");这一低电位逻辑"O"施加到执行器(23)上， 马上关闭排气、连通阀(31)，为发动机工作做好准备；同时，另一路通过非门(28)反转为高 电位逻辑"l"，施加到执行器(29)上，开始延时打开进气阀(30)，发动机即将开始做功。
6. 3.助力阶段是脚在离地时的进程阶段；执行器(29)延时到后，进气阀(30)被 打开，储气包里的压縮空气通过流量阀(38)、进气阀(30)注入气缸(34)的左室，推动活塞 向右，其推力通过连杆、缆绳拉动助力板(3)弹地(像袋鼠的后腿脚端)。活塞另一面缸体上的排气口通过气路上的排气单向阀(32)与气泵组合(37)相连，在发动机做功的过程中， 活塞右面的空气是通过排气单向阀(32)排出，注入气泵组合(37)，帮助回收部分的气泵 组合开始复位，当活塞工作到趾关节监测器(B)的(Rd)点时，趾关节监测器(B) (R-S触发 器)进入复位状态，趾关节监测器(B)输出逻辑"O"，与非门(27)反转为"l"，施加到执行 器(23)上，开始延时打开排气、连通阀(31)，另一路通过非门(28)反转为低电位逻辑"0"， 施加到执行器(29)上，马上关闭进气阀(30);进气阀(30)关闭后，执行器(23)的延时打 开时间刚好到，打开排气、连通阀(31)，活塞左侧的压縮空气通过(31)进入右侧，再通过排 气单向阀(32)排向气泵组合(37)，使气泵恢复到理想位置，溢气阀(9)保证气泵组合(37) 复位后不超过理想的初始压力，为下一个周期做好了准备。 6. 4.空中恢复阶段是脚离地后到下一步落地前的这一阶段；这一阶段主要为发 动机排气和气泵复位留出足够的时间；排气、连通阀(31)的打开，使得活塞(33)处在自由 状态；在四个阶段中，进气阀(30)只有在助力阶段是开的，其余阶段都是关闭的；而排气、 连通阀(31)只有在助力阶段是关闭的，其余阶段都是打开的，两者为互非的逻辑关系。
6. 5.另外，当使用混合气源发生器或外挂补能时，如果因为特别使用的需要，使用 者将储气包的压力升到极限，要求发动机爆发强力，这种特殊情况下的排气量有可能过大， 万一溢气阀(9)不能满足在需求的时段内使气泵组合恢复到理想的初始压力时，则外泄阀 (25)可以从关闭状态调整到需要的外泄流量，来满足这种特别运动的需要。
6. 6.声明 6. 6. 1表述工作原理的示意图(附图3)，其中的符号应用不是选择某一类的标准
图例符号，为对本发明整体的图面描述简单、清楚，选用自定义形式加文字说明； 6. 6. 2对检测控制的描述采用了像与非门(27)、非门(28) 、R-S触发器(B)、这些电
路中的符号，其目的就是为了用最简单的图就能把智能仿生节能助力模式说的更清楚；虽
然在描述智能仿生实时监测控制部分中，使用了电路描述，但又没有画出电源的缘故是电
池也好，各种各样的发电装置也好，现在都已有很多先例，可以说相当成熟，引用便可；况且
与智能仿生节能助力模式无关，不是本发明的核心内容，故不再增加描述。
6. 6. 3智能仿生节能助力模式也完全可以用机械原理来实现；譬如与非门(27)
就可以用动滑轮的原理来实现，踝关节监测器(A)选用机械形式的变化量，通过"胀线"传
递到动滑轮绳子的一端，趾关节监测器(B)的输出变化连接到绳子的另一端，动滑轮的挂
钩传递到进气阀(30)和排气、连通阀(31)的操作机构上，只有两端同时拉，才能使挂钩移
动到位(满足阀的操作距离)；用机械原理来实现与非门的方法很多，杠杆原理、差动原理
等等都能实现； 6. 6. 4排气、连通阀(31)，也可以做到活塞上，活塞到右端时打开，到左端时由踝 关节监测器(A)决定是否关闭；不管活塞在任何位置，只要踝关节监测器(A)角度一小于设 定值，都能使进气阀(30)立即关闭后再打开排气、连通阀(31); 6. 6. 5趾关节监测器(B)的(Sd)和(Rd)这两个监测点，也可以做到缆绳或助力板
组合上；直接操纵进气阀(30)和排气、连通阀(31)控制机构的输入操作端； 6. 6. 6因为(30)与(31)在逻辑上是互非关系，所以，还可以把(30)和(31)做在
一起(多位多通组合阀)，统一控制，在内部的通、闭特性上做出响应的先后关系； 6. 6. 7趾关节监测器(B)也可以用机械方法来实现，譬如机械双稳态跷跷板、墙壁照明开关等的原理就类同于R-S触发器；脚前掌压力监测器(F)、流量执行器(35)和流 量阀(38)也可以考虑液态压力传感和机械控制方案； 6. 6. 8还可以将(30) 、 (31) 、 (23) 、 (25) 、 (27) 、 (28) 、 (29) 、 (38) 、 (35) 、 (G)和(32) 直接集成到气缸(34)上，只需留出踝关节监测器(A)、发动机手动控制(G)和脚前掌压力 监测器(F)的监测控制接口，以及踝关节监测器(A)、趾关节监测器(B)和流量执行器(35) 的设置操作接口，构成一个标准独立的发动机集成部件等等；当然，排气单向阀(32)还可 以集成到气泵组合上(见附图3); 6. 6. 9 "气动鞋"采用电路控制方案的优点是实验阶段比较容易，控制精度高，特性 变换选择多，智能化升级方便；如果采用机械控制方案，最大的优点是不用电，对使用环境 的要求更宽松。 6. 6. 10为简化结构，增大蓄能空间，还可以把发动机从"气动鞋"的中部移出来，取 消缆绳，助力板组合的缆绳导孔槽全部选用通透槽形；气缸(34)的右端以转轴的方式连接 在"气动鞋"的中部，发动机的输出连杆也以转轴的方式直接连接到第一级助力板上(连杆 加防尘)，这样做能显著减小摩擦能耗，提高效率，只是助力板组合的级不能太多，"气动鞋" 弯曲活动区间的选择性较为有限，穿着的舒适性稍微差一些。
七、应用前景 7. 1本发明的娱乐性不容轻视试想，当一个普通人就能够完成马拉松比赛是什
么心情；当一个普通人在篮球场上就能够轻松完成扣篮动作又该是什么心情；这种对人类
运动能力的大幅度提高，必然为社会带来许许多多的娱乐和比赛的新内容。 7. 2.本发明的实用性也不可小视试想，自行车这个产品为什么能够上百年长盛
不衰？按理说它完全改变了人的行走习惯；它的学习也不够容易；它以不稳定的两轮支撑
行走模式穿行在车水马龙的街道上也不够安全；再有它毕竟也算是个家庭大件物品，存放
起来也有困难；那么它凭的是什么？应该说仅凭既环保又省力这一点。本发明所推出的智
能仿生气动鞋不仅仅是既环保又省力，它还有即好玩儿又实用，即好学又有趣，即安全又
方便，即轻便小巧又威力强劲，即快速敏捷又放宽对活动场地(路面)的要求等等。另外，
除了民用以外，对一些特殊行业来说，也可成为一种全新的装备。例如警察、军人、快递等
行业都可配备专用的"气动鞋"。 7. 3.本发明的助力模式还可应用到其他领域。譬如滑轮鞋、滑冰鞋、滑雪板等领 域应用后可使人感觉更舒适，更省力；蹬地的姿势更符合人的运动习惯；人体重心的移动 方向与作用力的方向更趋吻合；前进方向所获得推动重心的作用力更大；因此，滑行速度 更快、距离更远；再譬如假肢领域应用后，可使假肢更逼真、实用。 7.4.本发明的智能、仿生、节能、助力的工作模式其特征保证了使用方便、安全。关 闭智能仿生实时监测控制部分的踝关节监测器(A)(助力功能开关)和气泵组合，"气动鞋" 就如同普通鞋一样弯曲自如，使用者无需学习就能站立行走，上下台阶；它的小巧、轻便和 随身携带的便利特性，为使用者解决乘坐公共交通到站后所剩下的短距离交通提供了极大 的方便。 7. 5.打开智能仿生实时监测控制部分的踝关节监测器(A)(助力功能开关)，可随 心所欲的去做各种各样的自由的助力跑跳运动；无需任何操作，既可以单脚起跳，也可以双 脚起跳；同时，还可随时随地停止运动；使用者在运动中对"气动鞋"的控制，无需任何附加的操作，就像通常的徒步运动一样，快速的起步、止步和平稳站立；它通过简单的智能仿生 节能助力模式，实现了一种脚用气动工具，并从真正意义上把"气动鞋"与使用者提升到合 二为一的境界。 7.6.由于它改变了传统的陆地上"滚动式"交通方式，所以对路面的要求放宽，可 以说是根本不要求路面，凡是人能正常行走的地方都能使用，突破性的解决了交通工具对 道路的依赖现状，大大的拓宽了本发明的应用空间。 7.7.本发明集健身、娱乐、出行于一身，是自行车普及推广以来，个人交通工具的 再次重大创新，从自行车的发展历程来看，不难预测它有多么大的市场。
7.8.本发明推出的智能仿生气动鞋，可能再次改变人们的出行方式；为人类共同 拯救自己的家园——地球，提供一种新方法和新思路。 7. 9.按照本发明所提供的"气动鞋"，其特征在于它的助力模式和节能方法有广阔 的应用空间；本发明与以往的"自行鞋"、"弹跳鞋"本质上的不同在于，它能把以脚为代表在 落地时即将正常消耗的综合动能和使用者的整体势能通过能量回收部分先以压縮空气的 形式储存在蓄能部分，关键是还能有选择地适时、适量、适方向的释放出助力来；并且还可 配接外挂补能系统(如背在后背)，可实现直接的体能补充；助力板前部的空间还可安装辅 助储气包，混合气源发生器，方便用于特殊需要的补能；"气动鞋"弥补了人在直立行走进化 中留下的不善奔跑的遗憾，"气动鞋"的落地状态模仿了四肢动物前腿落地时的受力情况， "气动鞋"的离地状态模仿了四肢动物后腿发力时的受力情况，这就为使用者在不改变习惯 的情况下，增添了四肢动物善于奔跑的优势特长，智能仿生节能助力工作模式为它的应用 开拓了真实可靠、巨大需求的市场空间。 7. 10.由于它首次公开了一种智能仿生节能助力的工作模式，因此，必将引发一场 "运动和交通工具"向着更小巧、更轻便、更灵活、更高效、更实用、更美观的轰轰烈烈的开发 热潮，甚至可能把这种"智能仿生节能助力的工作模式"中的某些内容通过创造性的再扩 充、再组合，发展应用到令人难以想象的领域，更好地为和谐社会的发展服务；如果能够营 造出这样的一种势，必然能从根本上促进保增长、拉内需、调结构的宏观经济任务的实现； 如果再能从宣传上加以运作，也一定会显著的提高全社会对经济发展的信心，这对应对当 前金融危机和化解各种社会矛盾都会产生出积极的效果。
2权利要求
一种智能仿生气动鞋，其特征在于，整体所体现出的智能仿生节能助力的工作模式其模式的的具体应用是人们的一种新式的出行方式；具体表现形式是人们在徒步运动中仅凭脚部的正常动作无需任何附加操作的一种脚用气动工具；是具有智能仿生特征的且能化解“惯性能耗”的具有能量相互转换的一种节能和助力的运动和交通工具；是脚在落地时的减震和回收能量与离地时的释放能量和助力能跟随人的周期运动，实现周期循环实时控制过程的且可以随时切换状态的一种智能仿生节能助力工具；其模式的具体内容是把脚在落地过程中，脚的速度从大于2V(V是人的行进速度)减到0速时的这一以脚为代表的综合动能和落地时使用者的整体势能通过能量回收部分先以压缩空气的形式储存在蓄能部分；落地后的支撑脚在逐渐变化过程中的形态和数据，是通过智能仿生实时监测控制部分实时地监测并读懂使用者的动作意图，当踝关节的角度运动到踝关节发力结束前适当角度的设定值时(包括设定值以上)，踝关节监测器(A)输出逻辑“1”，助力板组合弯曲到触发趾关节监测器(B)的助力起点设定值(Sd)点时，趾关节监测器(B)输出逻辑“1”，脚前掌压力监测器(F)受力后使其输出的值大于等于流量执行器(35)的“门槛值”，使流量阀(38)开启倒对应的流量开度时；智能仿生实时监测控制部分通过运算处理，控制发动机和助力部分结束自由状态，并且有选择地适时、适量的释放出以压缩空气为形式的能量来，这一能量的释放通过助力板组合转化为适当方向的力；当助力过程进行到触发趾关节监测器(B)的助力终点设定值(Rd)时，这一助力过程实现了帮助脚从速度0加速到大于2V(含使用者整体势能的增加)的目的，同时再次使其进入自由状态，开始新一轮的循环；或者说它能自动地把每条腿在奔跑中，腿、脚、鞋等的“转动惯量中心”的速度需要减速和下降时的能量先存储(回馈制动)，“转动惯量中心”的速度需要增加和上升的时候再利用(发动机助力)。智能仿生气动鞋能够在能量回收阶段、支撑阶段、助力阶段、空中恢复阶段跟随使用者的脚部运动连续的工作在实时控制状态下(只有在助力阶段发动机不是自由状态，其它三个阶段都是自由状态)；并且在助力阶段的任意时刻都能使发动机停止做功并进入自由状态，等待使用者脚部的新动作信息；脚部的新动作可以任意，也就是说接续原动作也可 ，助力板组合向回退也可，从任意时刻或其它阶段从新开始也行。它由以下六部分组成，分别是紧固部分，智能仿生实时监测控制部分，发动机和助力部分，能量回收部分，蓄能部分，补能部分。
2. 根据权利要求l所述的一种智能仿生气动鞋，其特征在于，紧固部分(2):在踝关节保护的连接转轴处装有踝关节监测器(A)，同时还具有助力功能开关的作用。
3. 根据权利要求1所述的一种智能仿生气动鞋，其特征在于，智能仿生实时监测控制部分它的智能仿生、监测运算和控制工作的全过程具体公开了智能仿生气动鞋是如何融入到使用者身体运动中的一种方法；它的检测要素是踝关节角度、趾关节角度和脚前掌压力；它的工作模式是通过对脚部运动这三个要素的实时监测和运算，随时随地、及时准确地识别使用者的运动意图，同时对发动机和助力部分的工作状态进行实时控制；它由踝关节监测器(A)，趾关节监测器(B)，脚前掌压力监测器(F)，与非门(27)，非门(28)，执行器(23)，执行器(29)，流量执行器(35)和相关器件组成；与非门(27)的输出，一路直接控制执行器(23)，一路通过非门(28)控制执行器(29)，执行器(23)和(29)又都是及时关闭、延时打开特性，从而实现了进气阀(30)和排气、连通阀(31)为互非的逻辑关系，且在状态转换时不浪费能源，满足了发动机的仿生工作模式的仿生控制要求；以踝关节监测器(A)、趾关节监测器(B)、脚前掌压力监测器(F)逻辑与的运算结果为真是发动机做功的充分必要条件[发动机状态控制器(G)不处在强制状态，执行器(35)不处在撤消状态];从结束发动机自由状态的条件指令一发出[在支撑阶段，由于助力板组合的逐渐弯曲，最终触发到了趾关节监测器(B)的助力起点设定值(Sd)点]，就迅速使趾关节监测器(B)输出逻辑"l"，再与上踝关节监测器(A)达到设定值角度后输出的逻辑"l"，使与非门(27)输出逻辑"O"的结果，决定发动机自由状态结束的动作开始时刻[开始关闭排气、连通阀(31)];加上执行器(29)延时打开的时间常数[排气、连通阀(31)关闭(结束自由状态)的响应时间]为发动机做功开始的时刻；以触发趾关节监测器(B)的助力终点设定值(Rd)点决定发动机做功的停止时刻；以做功的停止时刻再加上执行器(23)延时打开排气、连通阀(31)的时间常数[进气阀(30)完成关闭的响应时间]决定发动机自由状态的开始；使用者在奔跑中控制发动机的工作循环是支撑脚运动到接近末段时，自由状态结束动作开始——结束完成，紧跟着做功开始——做功停止——停止完成，紧跟着自由状态开始(发动机排气，气泵组合恢复到位)——从离地到空中、再到落地(能量回收)、再到支撑阶段，助力板组合的状态都是自由的，直至到真实需要助力的助力板组合再次弯曲到位[触发到了趾关节监测器(B)的助力起点设定值(Sd)点]，新的自由状态结束动作开始...；以脚前掌压力监测器(F)实时控制发动机的输出功率，包括任意时刻可以关停发动机的工作气源[执行器(35)没有处在撤消状态];踝关节监测器(A)的输出是以角度设定值为阶跃点的实时逻辑信号，根据个人习惯和特殊需要可以对踝关节监测器(A)的角度设定值进行设定，踝关节的活动角度只要小于该设定值就输出逻辑"O"，否则输出逻辑"l"，它能通过输出逻辑"O"的手段在任何阶段、任意时刻停止发动机的做功并使其进入自由状态；趾关节监测器(B)的的输出是有记忆能力的逻辑信号，它的功能等同于R-S触发器，它的输出状态依赖输入端(Sd)和(Rd)的状态，(Sd)和(Rd)的位置是可以设定的，这两个设定值是助力板组合活动范围的起点和终点的重要参数(趾关节活动的角度范围)；脚前掌压力监测器(F)的输出通过流量执行器(35)来控制流量阀(38);流量执行器(35)有两种状态可选，一种是开启状态，一种是撤消状态；撤销状态就是撤消压力信号的控制作用，手动选择流量阀(38)的打开程度，是通过流量执行器(35)的自身特性来实现流量阀(38)零到百分之百开度的选择的；开启状态有两个工作指标可供选择，一种选择是流量执行器(35)的"门槛值"；另一种选择是流量执行器(35)的"封顶值";流量执行器(35)在"门槛值"和"封顶值"之间是线性输入、输出关系，其输出滞后输入一定的时间，并且"门槛值"小于等于"封顶值"；当脚前掌压力监测器(F)的输出大于等于"封顶值"时，对应流量阀(38)开启度为百分之百；小于"门槛值"时，流量阀(38)不开启；等于"门槛值"时，对应能使流量阀(38)开启为起开度[起开度是指流量阀(38)的起始开启度所占全开时的百分比，由流量执行器(35)自身的特性决定]。
4.根据权利要求1所述的一种智能仿生气动鞋，其特征在于，发动机和助力部分发动机的工作模式公开了一种模仿"人体肌肉"功能的工作模式，具体表现为，助力阶段输出拉力，其余阶段输出端处在松弛自由状态；这种工作模式是由进气阀(30)与排气、连通阀(31)的工作状态是互非的逻辑关系来实现的；该部分的多关节助力板组合、缆绳、空气发动机实现了智能仿生实时监测控制部分的控制执行结果，两部分的协作全过程具体实现了一种智能仿生助力模式；多关节助力板组合公开了一种模仿四肢动物后腿功能的助力模式；发动机还有状态控制器(G)，一种是强制状态，在强制状态中，可以通过手动操作使发动机强制做功或强制关闭(关闭的含义就是让发动机处在自由状态)；另一种是自动状态，把发动机完全交给智能仿生实时监测控制部分来控制；发动机与助力板组合的力传动采用逐级受力方式；助力板组合的末端连接在智能仿生气动鞋的中部；助力板组合自身的特征之一是仿生多关节，智能仿生气动鞋底的多关节段整体轮廓的弯曲和变形，只能在垂直面上一定区间内直线变圆弧或圆弧变直线(包括由直线再延伸到负圆弧)；助力板组合中的各块尺寸的确定，穿过各级助力板的缆绳导孔槽形状的选择和缆绳两端的连接点的空间位置确保了助力板组合的递进顺序是最前端第一级助力板首先发力，依次递进，直至整个助力板组合被拉到助力结束的位置；装在助力板上的助力板掌和助力板掌的面是可以更换的，助力板的爪子(18)可以伸縮、更换和拆卸，为满足适应极端环境的调整和延长智能仿生气动鞋的使用寿命提供了方便。
5. 根据权利要求l所述的一种智能仿生气动鞋，其特征在于，能量回收部分能量回收部分的气泵组合不仅模仿了四肢动物前腿的减震、防滑和支撑稳定的特点，还能不断地向蓄能部分补充能量，这一方法具体实现和公开了一种步进运动的节能模式；该部分有气泵组合和鞋跟掌以及连接件组成；气泵组合可分多级，有气泵开关、补气单向阀、输气单向阀、气泵拉展后起作用的溢气阀和来自发动机的排气接受口 ；鞋跟掌用于脚在下落时能量回收的受力面和落地后的防滑；鞋跟掌与气泵组合之间有弹性万向扭力节连接；鞋跟掌和鞋跟掌的面是可以更换的，为满足适应极端环境的调整和延长智能仿生气动鞋的使用寿命提供了方便；气泵组合中参与工作的气泵的数量可以通过气泵开关来调整，这种调整为满足选择减震能力和能量回收多少(注气量)的需要提供了方便。
6. 根据权利要求l所述的一种智能仿生气动鞋，其特征在于，蓄能部分储气包安装在智能仿生气动鞋上，位置紧邻发动机，有安全压力保护、气压显示接口、进气口、排气口、连通口 (与辅助储气包的接口 )和补能接口 ，且容积和压力与鞋的型号有关；助力板前部的空间可安装辅助储气包，用于满足提高供气源压力稳定性的特别需要；通过补能接口，可以连接外挂补能系统。
7. 根据权利要求l所述的一种智能仿生气动鞋，其特征在于，补能部分补能部分的外挂补能系统，混合气源发生器，具体实现和公开了一种体能补充模式；外挂补能系统是可以背在身上的压縮空气包，通过减压、开关、分配器组合和输气管道，分别为两只智能仿生气动鞋供气；可选择的安装在助力板前部空间的混合气源发生器，是可控的将化学能或其它能转化成混合压縮气体的补能方式，它与辅助储气包相连；这两种补能方式可单独使用、同时使用或都不用，为使用者提供了体能补充的选择方式。
8. 根据权利要求1所述的一种智能仿生气动鞋，其特征在于，助力板前端蹬踏地面的作用面是曲线上翘模式第一级助力板的长度、前端上翘的曲率、高度和端头爪子的特征，与后边各级助力板(仿生关节)的长度(距离)和数量、助力板组合的活动范围、缆绳受力点的位置、发动机的拉动距离和力的大小都有密切的关系；它决定了助力方向递变过程的仿生更逼真，助力的方向更合理；它体现了轮式滚动的优势，它具有防滑、加大步伐、提高效率的作用；它是选择发动机排量的重要参数；发动机的排量又决定了气泵组合的最大注气
9. 根据权利要求1所述的一种智能仿生气动鞋，其特征在于，助力板的多块和逐级传递模式助力板的多块，提供了助力板组合的活动条件和使用者穿着的舒适性，其连接结构支持了在仿生关节区间内的鞋底只能在垂直面上一定区间内直线变圆弧和圆弧变直线(直线可延伸至负圆弧)；助力时从第一级开始助力，第一级拉到位后触碰传递至相邻级，依次递进；每递进一级，相当于第一级助力板加长了一部分，这种逐级加长的特征在于能使助力方向的演变过程更合理，同时在发动机输出的力的速度变化不太大的情况下，也能够使发动机满足助力后段速度越来越快的需要(四肢动物后腿发力的特征)，达到提高发动机效率的效果；在助力阶段整个助力板组合由开始助力时的上翘正圆弧逐渐变为直线(包括延伸至负圆弧)；落地后的弯曲是从末级逐级开始，直至整个助力板组合弯曲到触发趾关节监测器(B)的助力起点设定值(Sd)点时为止(选用加长助力距离时用的负圆弧形式的助力终点状态，在落地时首先凭重力使其变为直线)；缆绳导孔槽避免或减小了缆绳的摩擦，并且还能使各关节受力更均匀、各块助力板的受力方向更合理以及整体助力加速效果的更自然。
10.根据权利要求1所述的一种智能仿生气动鞋，其特征在于，一种多方面的仿生模式它的助力板模仿骨骼，各级助力板的连接模仿关节，缆绳模仿肌腱，发动机模仿肌肉，智能仿生实时监测控制部分模仿了神经条件反射；空气介质在系统内的反复转化模仿了人体内的血液循环；助力板组合模仿了四肢动物的后腿；能量回收部分的落地方式不仅模仿了四肢动物的前腿，而且还做到了能量回收；第一级助力板的上翘又模仿了轮式滚动的特征；这种多方面的仿生模式能够很容易地把工具与使用者之间的相容性、一致性和互补性提高到合二为一的境界，为满足让普通使用者很舒适地马上实现个人能力的大幅度提升，提供了一种新方法。
全文摘要
智能仿生气动鞋，用于改变人们的出行方式。它有紧固、智能仿生实时监测控制、能量回收、蓄能、补能、发动机和助力部分组成；它首创了一种脚用气动工具；它能把脚在落地时，以脚为代表的即将正常消耗的综合动能和势能通过能量回收部分，先以压缩空气的形式存储在蓄能部分；它的智能仿生实时监测控制部分能够在任意时刻读懂人脚的运动意图，无需任何附加操作，实时控制蓄能部分的能量通过发动机和助力部分适时、适量、适方向的转换为助力；它所实现的以空气为介质的能量相互转换系统，是一种能够帮助人在徒步运动中化解“惯性能耗”的运动和交通工具；它公开了一种智能仿生节能助力工作模式和新式的体能补充模式；它能显著地提高人的运动能力。
文档编号A47B7/00GK101708087SQ20091030257
公开日2010年5月19日 申请日期2009年5月25日 优先权日2009年5月25日
发明者李一波 申请人:李一波