CN108451150B - 一种仿生多功能野营垫 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿生多功能野营垫，是由若干的仿生野营垫单体组成，仿生野营垫单体之间具有横向折痕槽和纵向折痕槽；仿生野营垫单体是由上部弹性层、缓冲层、下部弹性层、接触层和仿生乳突群构成；接触层的表面粘接有仿生乳突群，仿生乳突群是由若干的仿生乳突构成；仿生乳突群能够实现防潮、隔热的功能，并能提高野营垫的附着性能。本发明解决了在复杂环境中易滑动、防潮隔热及舒适性差的问题，能够适应沙地、山地等非常规地面环境，起到增强附着性能、防潮隔热、舒适方便的作用。

Description

一种仿生多功能野营垫

技术领域

本发明属于工程仿生技术领域，具体涉及一种仿生多功能野营垫

背景技术

野营垫，又称草地垫、户外野餐垫，沙滩垫，防潮垫，帐篷底垫等等。主要用在郊外，花园草地。随着生活水平的日益提高，衣食住行都有了很大程度上的飞跃，同时工作节奏的加快又要求人们需要适当的放松，其中和大自然亲密接触并且参与到户外运动中是目前较为流行的放松方式，因此野营垫便逐渐地成为户外运动必备的工具之一。

传统的野营垫大部分只注重复杂的外观形貌，忽略了接触层和缓冲层的重要作用。在沙地、山地等环境使用时野营垫会出现打滑、舒适度降低的情况，导致野营垫不能在沙地、山地中正常使用。随着研究的深入，野营垫必将要提高防滑性能和舒适度。因此，如何使野营垫能在沙地、山地中正常的使用，提高舒适性、防滑和附着性能是一个急需解决的问题。

非洲鸵鸟原产自非洲与阿拉伯地区，生活在辽阔的沙漠地区和大草原之上，是世界上最大最重的鸟。根据鸟类属性，鸵鸟属于平胸类，即胸骨扁平不具龙骨突起而锁骨退化。鸵鸟具有翅膀，但是不能飞翔，主要用于运动平衡作用，所以其主要运动能力靠强壮发达的腿脚实现。鸵鸟在沙地环境中奔跑能力十分惊人，主要体现在稳健、持久和高速。经过测量，鸵鸟每步跨距达4～7m，持续奔跑速度约50～60km/h，冲刺速度可超过70km/h，而且可以持续半个小时以上，远远高于其它鸟类，也是陆上两足类动物中奔跑能力最强的动物。鸵鸟优秀的奔跑能力与越沙能力与其身体结构、器官、羽毛、脖颈、翅膀以及腿等多方面密切相关，是多部位共同合作的结果。但是，鸵鸟足底直接与沙地接触，在其越沙过程起关健作用，值得深入研究。已经证明，鸵鸟具有三条足趾缓冲垫，具有重要的缓冲作用。由于自然进化优化，鸵鸟足仅剩下两个足趾，分别为第三趾(内趾)和第四趾(外趾)，第三趾粗壮较为发达，朝向正前方，趾末端具有发达而坚硬的趾甲。第四趾较小，长度仅为第三趾的1/2，足趾甲已经退化。鸵鸟在奔跑过程中，只有第三趾着地，第四趾只起到保持身体平衡的作用。无论是行走还是奔跑过程，鸵鸟足第三趾足底乳突群始终与沙土直接接触，因此鸵鸟足底乳突群的排列方式是影响鸵鸟在沙漠中快速稳健奔跑的重要因素之一。把第三趾足趾特征应用到野营垫上将会野营垫的附着特性和舒适性。

发明内容

本发明基于工程仿生学原理，以与地面直接接触的鸵鸟足趾为仿生原型。通过研究鸵鸟第三趾的结构特点，以及足底乳突群的排列方式、尺寸、形貌，设计出一种多功能野营垫，能够实现防潮隔热、防滑的功能。该野营垫结构简单，方便折叠收集，附着性能好。因此，本发明为多能公野营垫的设计提供了新的研究思路。

为了更好的解决野营垫在沙地、山地上防滑的问题，本发明模仿鸵鸟第三趾乳突群的结构和排列方式，设计出一种仿生多功能野营垫防滑接触层，旨在使野营垫在复杂环境中能正常发挥作用。为了提高野营垫的舒适性，本发明模仿鸵鸟趾缓冲垫的结构特点，设计了一种多功能野营垫缓冲层，旨在提高野营垫的弹性和缓冲作用，增强舒适性。

本发明设计思路来源鸵鸟足趾，依据乳突群的形状和功能，设计了仿生乳突单体。依据三条足趾缓冲垫的排列方式和形貌特征，设计了仿生野营垫的缓冲层。

一种仿生多功能野营垫，是由若干的仿生野营垫单体组成，仿生野营垫单体之间具有横向折痕槽和纵向折痕槽；仿生野营垫单体是由上部弹性层、缓冲层、下部弹性层、接触层和仿生乳突群构成；接触层的表面粘接有仿生乳突群，仿生乳突群是由若干的仿生乳突构成；

所述的仿生乳突是由圆台和半球体组成，半球体位于圆台的顶端，半球体的直径与圆台顶端的直径相同。圆台的底端直径R1＝2mm，圆台的顶端直径R2＝1mm，仿生乳突的高度H＝4mm。

仿生乳突群包括第一区域仿生乳突群、第二区域仿生乳突群、第三区域仿生乳突群、第四区域仿生乳突群、第五区域仿生乳突群、第六区域仿生乳突群、第七区域仿生乳突群、第八区域仿生乳突群、第九区域仿生乳突群、第十区域仿生乳突群和外侧乳突群；

第一区域仿生乳突群与中心线夹角θ1＝37°，第二区域仿生乳突群与中心线夹角θ2＝47°，第三区域仿生乳突群与中心线夹角θ3＝80°，第四区域仿生乳突群与中心线夹角θ4＝80°，第五区域仿生乳突群与中心线夹角θ5＝10°，第六区域仿生乳突群与中心线夹角θ6＝30°，第七区域仿生乳突群与中心线夹角θ7＝90°，第八区域仿生乳突群与中心线夹角θ8＝90°，第九区域仿生乳突群与中心线夹角θ9＝80°，第十区域仿生乳突群与中心线夹角θ10＝50°，第一区域仿生乳突群、第二区域仿生乳突群、第三区域仿生乳突群、第四区域仿生乳突群、第五区域仿生乳突群、第六区域仿生乳突群、第七区域仿生乳突群、第八区域仿生乳突群、第九区域仿生乳突群和第十区域仿生乳突群的仿生乳突数量之比为73：69：71：63：74：81：72：90：72：70。

仿生乳突群中的一部分垂直于接触层，一部分相对于接触层倾斜，仿生乳突与垂直线之间的夹角θ11＝10°。

所述的接触层的材质为邵氏硬度60的PVC，上部弹性层和下部弹性层的材质为邵氏硬度40的硅胶，缓冲层的材质为邵氏硬度19的复合海绵。

本发明的仿生原理：

鸵鸟在奔跑时，由于鸵鸟自身身体较重，再加上奔跑速度较快，足底乳突群起到重要的防滑作用。因此，要求乳突群要具有增大附着、防滑等作用。其中，不同区域的乳突数量和排列方式是增大附着特性的一个原因。因此，在野营垫接触层的不同区域设计了不同数量和排列方式的仿生乳突。

对鸵鸟足部的动力学分析，发现第三趾起到了主要的承重和缓冲作用。因此，通过MRI图像三维扫描获得鸵鸟足第三趾缓冲垫几何模型，借用仿生缓冲垫的基本原理，基于一种运动鞋仿生缓震中底(CN106942832A)发明专利，提取三条缓冲垫的特征曲线，把曲线拉伸后，得到仿生野营垫的缓冲层。缓冲层主要是由仿鸵鸟足趾的三条趾缓冲垫组成，其宽度比是4：6：3，厚度比是7：8：5，长度比是1：1：1，间隔两条仿生缓冲垫间距比是1：1。

本发明的有益效果：

仿生野营垫接触层能够增大与地面的接触面积，同时起到防潮隔热、提高附着特性的作用，有助于提高野营垫的防滑和稳定性。

仿生野营垫缓冲层能够起到缓冲作用，可以吸收外力产生的冲击，避免了应力集中，能有效提高野营垫在复杂地面的舒适性。

本发明的仿生乳突群设置解决了野营垫在复杂地面中易滑动和舒适性差的难题，仿生乳突群能够实现防潮、隔热的功能，并能提高野营垫的附着性能和舒适性，适用于沙漠、山地、海滩和草地等松软介质环境中。

附图说明

图1为本发明的主视图。

图2为本发明的野营垫单体立体图。

图3为本发明的野营垫单体的主视图。

图4为本发明的野营垫单体的侧视图。

图5为本发明的仿生乳突的主视图。

图6为本发明的仿生乳突的倾斜状态示意图。。

其中：1—仿生野营垫单体；2—横向折痕槽；3—纵向折痕槽；4—第一区域仿生乳突群；5—第二区域仿生乳突群；6—第三区域仿生乳突群；7—第四区域仿生乳突群；8—第五区域仿生乳突群；9—第六区域仿生乳突群；10—第七区域仿生乳突群；11—第八区域仿生乳突群；12—第九区域仿生乳突群；13—第十区域仿生乳突群；14—外侧乳突群；15—上部弹性层；16—缓冲层；17—下部弹性层；18—接触层；19—仿生乳突；20—圆台；21—半球体；22—仿生乳突群。

具体实施方式

如图1、图2、图3和图4所示，一种仿生多功能野营垫，是由若干的仿生野营垫单体1组成，仿生野营垫单体1之间具有横向折痕槽2和纵向折痕槽3；仿生野营垫单体1是由上部弹性层15、缓冲层16、下部弹性层17、接触层18和仿生乳突群22构成；接触层18的表面粘接有仿生乳突群22，仿生乳突群22是由若干的仿生乳突19构成；

如图5所示，仿生乳突19是由圆台20和半球体21组成，半球体21位于圆台20的顶端，半球体21的直径与圆台20顶端的直径相同。圆台20的底端直径R1＝2mm，圆台20的顶端直径R2＝1mm，仿生乳突19的高度为H＝4mm。

仿生乳突群22包括第一区域仿生乳突群4、第二区域仿生乳突群5、第三区域仿生乳突群6、第四区域仿生乳突群7、第五区域仿生乳突群8、第六区域仿生乳突群9、第七区域仿生乳突群10、第八区域仿生乳突群11、第九区域仿生乳突群12、第十区域仿生乳突群13和外侧乳突群14；

第一区域仿生乳突群4与中心线夹角θ1＝37°，第二区域仿生乳突群5与中心线夹角θ2＝47°，第三区域仿生乳突群6与中心线夹角θ3＝80°，第四区域仿生乳突群7与中心线夹角θ4＝80°，第五区域仿生乳突群8与中心线夹角θ5＝10°，第六区域仿生乳突群9与中心线夹角θ6＝30°，第七区域仿生乳突群10与中心线夹角θ7＝90°，第八区域仿生乳突群11与中心线夹角θ8＝90°，第九区域仿生乳突群12与中心线夹角θ9＝80°，第十区域仿生乳突群13与中心线夹角θ10＝50°，第一区域仿生乳突群4、第二区域仿生乳突群5、第三区域仿生乳突群6、第四区域仿生乳突群7、第五区域仿生乳突群8、第六区域仿生乳突群9、第七区域仿生乳突群10、第八区域仿生乳突群11、第九区域仿生乳突群12和第十区域仿生乳突群13的仿生乳突19数量之比为73：69：71：63：74：81：72：90：72：70。

仿生乳突群22中的一部分垂直于接触层18，一部分相对于接触层18倾斜，仿生乳突19与垂直线之间的夹角θ11＝10°，如图6所示。

所述的接触层18的材质为邵氏硬度60的PVC，上部弹性层15和下部弹性层17的材质为邵氏硬度40的硅胶，缓冲层16的材质为邵氏硬度19的复合海绵。

Claims (2)

1.一种仿生多功能野营垫，其特征在于：是由若干的仿生野营垫单体（1）组成，仿生野营垫单体（1）之间具有横向折痕槽（2）和纵向折痕槽（3）；仿生野营垫单体（1）是由上部弹性层（15）、缓冲层（16）、下部弹性层（17）、接触层（18）和仿生乳突群（22）构成；接触层（18）的表面粘接有仿生乳突群（22），仿生乳突群（22）是由若干的仿生乳突（19）构成；

仿生乳突群（22）包括第一区域仿生乳突群（4）、第二区域仿生乳突群（5）、第三区域仿生乳突群（6）、第四区域仿生乳突群（7）、第五区域仿生乳突群（8）、第六区域仿生乳突群（9）、第七区域仿生乳突群（10）、第八区域仿生乳突群（11）、第九区域仿生乳突群（12）、第十区域仿生乳突群（13）和外侧乳突群（14）；

所述的第一区域仿生乳突群（4）与中心线夹角θ1=37°，第二区域仿生乳突群（5）与中心线夹角θ2=47°，第三区域仿生乳突群（6）与中心线夹角θ3=80°，第四区域仿生乳突群（7）与中心线夹角θ4=80°，第五区域仿生乳突群（8）与中心线夹角θ5=10°，第六区域仿生乳突群（9）与中心线夹角θ6=30°，第七区域仿生乳突群（10）与中心线夹角θ7=90°，第八区域仿生乳突群（11）与中心线夹角θ8=90°，第九区域仿生乳突群（12）与中心线夹角θ9=80°，第十区域仿生乳突群（13）与中心线夹角θ10=50°；

所述的第一区域仿生乳突群（4）、第二区域仿生乳突群（5）、第三区域仿生乳突群（6）、第四区域仿生乳突群（7）、第五区域仿生乳突群（8）、第六区域仿生乳突群（9）、第七区域仿生乳突群（10）、第八区域仿生乳突群（11）、第九区域仿生乳突群（12）和第十区域仿生乳突群（13）的仿生乳突（19）数量之比为73：69：71：63：74：81：72：90：72：70；

所述的仿生乳突（19）是由圆台（20）和半球体（21）组成，半球体（21）位于圆台（20）的顶端，半球体（21）的直径与圆台（20）顶端的直径相同；

所述的圆台（20）的底端直径R1=2mm，圆台（20）的顶端直径R2=1mm，仿生乳突（19）的高度为H=4mm；

所述仿生乳突群（22）中的一部分垂直于接触层（18），一部分相对于接触层（18）倾斜，仿生乳突（19）与垂直线之间的夹角θ11=10°。

2.根据权利要求1所述的一种仿生多功能野营垫，其特征在于：所述的接触层（18）的材质为邵氏硬度60的PVC，上部弹性层（15）和下部弹性层（17）的材质为邵氏硬度40的硅胶，缓冲层（16）的材质为邵氏硬度19的复合海绵。