CN111028607B - 一种仿太空失重装置、防太空超重装置和防太空失重系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种仿太空失重装置、防太空超重装置和防太空失重系统。一种仿太空失重装置，包括安装架，设于安装架之间的滑道结构，滑动联接于滑道结构的浮室，及辅助动力件；所述安装架上端设有上拉弹簧，且浮室通过张力缆绳与上拉弹簧联接；所述安装架下端设有上抛弹簧，且所述上抛弹簧设置在浮室运动的下端；所述上拉弹簧通过设有的补力缆绳与辅助动力件传动联接。本发明结构简单，制造成本低，安全性好，能普惠大众，体验失重或超重的感觉，为搭载SpaceX遨游太空、登陆火星做准备。

Description

一种仿太空失重装置、防太空超重装置和防太空失重系统

技术领域

本发明涉及失重模拟设备，更具体地说是指一种仿太空失重装置、防太空超重装置和防太空失重系统。

背景技术

现有的类似失重下坠的过山车旋转架，为了经济利益而不顾顾客的安危，都会把机构设计得过高、运动过急、摆动幅度较大。这样往往会导致意外事故。一些弹跳床，跳高时达到三米以上，也会体验到失重的感觉，但是在下坠时，如果控制不好，会跌落在弹跳床的边沿或下落时头部先下，安全问题得不到保障。为了得到类似失重的感觉，现在有人发明的垂直风洞，风洞设置非常大功率的风扇，使得人在风洞内被吹起来，从而获得类似在太空失重的感觉。但是，风洞建造成本高，而且能玩起风洞的人都需要经过特殊的训练，对大部分的群众还是不能够适用，危险系数高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种仿太空失重装置、防太空超重装置和防太空失重系统。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种仿太空失重装置，包括安装架，设于安装架之间的滑道结构，滑动联接于滑道结构的浮室，及辅助动力件；所述安装架上端设有上拉弹簧，且浮室通过张力缆绳与上拉弹簧联接；所述安装架下端设有上抛弹簧，且所述上抛弹簧设置在浮室运动的下端；所述上拉弹簧通过设有的补力缆绳与辅助动力件传动联接。

其进一步技术方案为：所述上拉弹簧可以为若干个，且两端固定于安装架；所述张力缆绳与上拉弹簧的中部联接。

其进一步技术方案为：所述补力缆绳通过若干根分力缆绳与上拉弹簧联接；所述分力缆绳一端与补力缆绳一端联接，另一端固定联接于上拉弹簧的中部与固定端之间。

其进一步技术方案为：所述安装架设有用于浮室升降运动的升降井；所述滑道结构设于升降井的内壁。

其进一步技术方案为：所述滑道结构包括两端固定于安装架的滑绳，与滑绳滑动联接的滑环；所述滑环设于浮室外侧。或安装架设有滑轨；所述浮室外测设有与滑轨滑动联接的滑块，以使浮室沿滑轨升降运动。

其进一步技术方案为：所述浮室内壁设有用于保护使用者的软垫，用于使用者抓紧的安全带，及显示器。

其进一步技术方案为：所述浮室外侧的下端设有凸起部；所述凸起部用于止抵上抛弹簧；所述上抛弹簧两端固定于安装架，且凸起部止抵于上抛弹簧的中部。

其进一步技术方案为：所述安装架于浮室运动方向的下端设有触发开关；所述触发开关与辅助动力件电性连接；所述浮室运动至最下端挤压到触发开关，辅助动力件得电，以使辅助动力件驱动浮室向上运动。所述安装架下端于浮室运动方向上设有防护网。

其进一步技术方案为：所述浮室通过设有的回力杆与补力缆绳传动联接；所述回力杆一端与补力缆绳联接，另一端与浮室联接，且回力杆中部通过设有的支撑架联接。

一种碗状防太空超重装置，包括中央总柱，设置于加重室下端的轴承，及驱动动力件；所述中央总柱贯穿加重室，且加重室绕着中央总柱旋转运动；所述加重室下端通过轴承与设有的安装座旋转联接；所述驱动动力件设置在安装座，通过在加重室设有的旋转齿轮与驱动动力件传动联接。

一种杠杆式防太空失重装置，包括立柱，铰接于立柱顶端的横杆；所述横杆一端与设有的动力弹簧联接，且横杆与立柱铰接的点近于与动力弹簧联接的一侧；所述横杆的另一端设有用于安全绑定人体的绑带；其中，所述动力弹簧一端与横杆联接，另一端与立柱联接。

一种摇摆式防太空失重装置，包括支撑座，与支撑座铰接的四边形结构，及铰接于四边形结构两端的减重室；所述失重室正下方设有弹升弹簧，当失重室运动最底端时，弹升弹簧吸收失重室下降的动能并转换为弹性势能，以使弹升弹簧的弹力对失重室上抛；其中，还包括拉扯动力件，且拉扯动力件的动力输出端通过设有的钢缆与失重室联接。

一种仿太空失重系统，包括若干个上述的仿太空的失重装置，及攀梯；所述失重装置围绕攀梯外周设置，且攀梯设有与浮室的舱门相互联通的出口。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明结构简单，制造成本低，安全性好，能普惠大众，体验失重或超重的感觉，为搭载SpaceX遨游太空、登陆火星做准备。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明一种仿太空失重装置的结构示意图；

图2为本发明一种仿太空失重装置的辅助动力件示意图；

图3为本发明一种仿太空失重装置的带回力杆实施例示意图；

图4为本发明一种仿太空失重装置的带回力杆实施例示意图；

图5为本发明一种碗状防太空超重装置的实施例示意图；

图6为本发明一种杠杆式防太空失重装置的实施例示意图；

图7为本发明一种摇摆式防太空失重装置的实施例的示意图；

图8为本发明一种仿太空失重系统的示意图；

图9为本发明一种仿太空失重系统的俯视示意图；

图10为本发明一种仿太空失重装置的触发开关的结构图。

具体实施方式

为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。

如图1至图10本发明实施例的图纸。

一种仿太空失重装置，请参阅图1至2，包括安装架10，设于安装架10之间的滑道结构11，滑动联接于滑道结构11的浮室12，及辅助动力件13。安装架10上端设有上拉弹簧14，且浮室12通过张力缆绳17与上拉弹簧14联接。安装架10下端设有上抛弹簧15，且所述上抛弹簧15设置在浮室12运动的下端。上拉弹簧14通过设有的补力缆绳16与辅助动力件13传动联接。

人进入浮室12内，浮室12在辅助动力件13的作用下提升至一定高度，然后自由下降，让浮室12获得一定的动能，在下落的过程中获得一定的失重体验；下落在最底端后，上抛弹簧15对浮室12进行减速并获得弹力势能；然后对浮室12上抛，同时辅助动力件13通过张力缆绳17对浮室12施加一定的动力，上拉弹簧14的回弹力也施加给浮室12，上升到一定的高度后上抛弹簧15与浮室12分离；此时，只有辅助动力件13及上拉弹簧14对浮室具有拉力，继续上升一定的高度，上拉弹簧14的弹力势能耗尽；此时，辅助动力件13停止施加动力，浮室12在上拉弹簧14作用下上升受到约束，使得浮室12的上升速度急剧下降，但是浮室12内的人由于惯性的作用上抛，悬浮中空中，让人体验到失重的感觉。

优选的，上拉弹簧14可以为若干个，且两端固定于安装架10。张力缆绳17与上拉弹簧14的中部联接。张力缆绳17在浮室12下降到最底部时，张力缆绳17的张紧度为最强；当浮室12上升到最高时，张力缆绳17为松弛状态。

更加优选的，浮室12顶部设有连接块，上拉弹簧14一端均布安装在连接块上，另一端固定在安装架10上。

补力缆绳16通过若干根分力缆绳18与上拉弹簧14联接。分力缆绳18一端与补力缆绳16一端联接，另一端固定联接于上拉弹簧14的中部与固定端之间。

安装架10设有用于浮室12升降运动的升降井19。滑道结构11设于升降井19的内壁。上拉弹簧14一端固定在升降井19的内壁。

滑道结构11包括两端固定于安装架10的滑绳111，与滑绳111滑动联接的滑环112。滑环112设于浮室12外侧。滑绳111竖直设置，且两端固定。

在其他实施例中，安装架10设有滑轨。浮室12外测设有与滑轨滑动联接的滑块，以使浮室12沿滑轨升降运动。

浮室12内壁设有用于保护使用者的软垫121，用于使用者抓紧的安全带122，及用于放置摄像机的放置架及显示器123。软垫121为防火垫，且设置在浮室12的厚度足够厚，足以保证人在浮室12的安全。浮室12内设有用于显示重力的感应器124。感应器124可以对在浮室12内的人受到的重力进行感应，从而可知道上升或下降到的位置。浮室12内还设有供人抓紧的安全带122，以使上升或下降时，人可以抓紧安全带122以保证平衡。浮室12内还设有通讯机126，以使在浮室12内的人对外界通讯，以保证安全。

其中，浮室12内还设有多个摄影机129，并且设置在不同的方向，分别用于对乘客进行拍摄。摄影机129为慢速摄影机，可把乘客各种的失重漂浮的慢动作或姿势在各方向进行拍摄。乘客通过摄影机可验证他们在失重状态的姿势、动作等，以使乘客能不断的改进动作或姿势，为日后进行太空作准备，如乘坐SPACEX去太空旅行。

其中，浮室12侧边设有舱门128，以供人进出。在正常情况下，浮室12不工作时，浮室12上升至安装架10的顶部，舱门128打开，使用者能自由进出。但是，如果遇到突发状况时，如动力故障、断电等，浮室12可以停在滑道上，并且舱门128可以紧急打开。其中，舱门128包括用于使用者出入的上舱门1280，及设于安装架下端的下舱门1282。上舱门1280用于使用者的正常进出，下舱门1282用于紧急情况时的进出。在停电静止后，浮室12的凸起部127停止在C水平位置，上舱门1280与浮室12的进入口相对应。

浮室12外侧的下端设有凸起部127。凸起部127用于止抵于上抛弹簧15。上抛弹簧15两端固定于安装架10，且凸起部127止抵于上抛弹簧15的中部。浮室12在下降的过程中，凸起部127先与上抛弹簧15接触，不仅可以对浮室12的下降具有缓冲作用，还可以增大对上抛弹簧15的变形，并且浮室12受力集中。

优选的，上抛弹簧15可以设置成网状结构，如同蹦床的结构，增加弹力，同时也延长上抛弹簧15的寿命。

安装架10于浮室12运动方向的下端设有触发开关21(也可以称为反动向电力开关，MOTION Switch)。触发开关21与辅助动力件13电性连接。浮室12运动至最下端挤压到触发开关21，辅助动力件13得电，以使辅助动力件13驱动浮室12向上运动。安装架10下端于浮室12运动方向上设有防护网22，以防止浮室12发生故障时，防止浮室12急速的下坠。触发开关21也可以安装在上抛弹簧15上。

在其他实施例中，触发开关21固定在上抛弹簧15下侧面，当浮室12运动至最底端时，触发开关21不是立即启动，要经过大概0.25秒后，辅助动力件13得电。辅助动力件13对浮室12产生向上的拉力。或是，推动拨杆136，以使离合片135与飞轮134吻合，进而能使得缠绕轮133转动，以使得辅助动力件13产生对浮室12向上的拉力。

辅助动力件13为电机131，设于电机131动力输出端的离合器132，及设于离合器132动力输出端的缠绕轮133。拨动离合器132就能使缠绕轮133转动，以将补力缆绳16缠绕，进而使得浮室12上升或下降。

具体的，离合器132包括设于电机131动力输出端的飞轮134，与缠绕轮133的转动轴联接的离合片135，及与缠绕轮133的转动轴联接的拨杆136。转动轴137与离合支座138活动联接，推动拨杆136，以使离合片135与飞轮134吻合，进而能使得缠绕轮133转动。

图2所示，从停止至运行的顺序，先把电机131的开关，按动开电源E、AC或DC，会把它启动，使其飞轮134快速转动。离合器设有分离弹簧1361在离合片135与飞轮134之间，加工二者分离。当按下起动制C1312，当两导线接通，电源便可接通辅助电机1362。辅助电机1362的动力输出端与拨杆136之间通过设有的绕线连接，辅助电机1362拉动绕线，把离合片135压向飞轮134，二者相互吻合。离合片135一端与缠绕轮133联接，从而使得缠绕轮133卷绕补力缆绳16，使得浮室12上升。其中，浮室12的行程可参考图2的左面比例线C。

其中，舱门128包括用于使用者出入的上舱门1280，及设于安装架下端的下舱门1282。上舱门1280用于使用者的正常进出，下舱门1282用于紧急情况时的进出。在停电静止后，浮室12的凸起部127停止在C水平位置，上舱门1280与浮室12的进入口相对应。

即是指当按下起动制C1312一秒，浮室12下方的凸起部127(以此为参考点)便被拉至1271的位置，电机131停止提供动力，故会做下落运动比C位较低的C1位，但当上抛弹簧15反向弹向上时，即启动了触发开关21，其结构如图10所示，为长方形电开关，把电源分开为接合之电线a和b，平常因有伸缩电线211使得a端与b端分离，把一粒重质量M弹离开a、b，但如突然有返回的上抛弹簧15，扣绑着触发开关21，突然向上运动，故使其惯性M压向b，故连接了a和b电流导通，导通时间约有一秒钟。触发开关21的惯常导通时间为1至0.5秒，并通过调校制213去扭松决定。

运行时，上抛弹簧15可把浮室12上抛至1272位置，重复一秒后，有跌下至d位置，那时上抛弹簧15，是被压至最强的反弹位，使得浮室12被上抛至1273的最高位置，并且固定，启动了顶门开关1281，不会再跌下，至于再开顶门开关1281，浮室12才会开始向下运行，以后便大幅度上抛或下落，从最高位至最低位之间运动，如要停止运动启动顶门开关1281，运动即可停止。

但另有一较为省电的方法，就是浮室12起重时，浮室12是空的，以最轻的状态起动制C1312，可连续按下三秒，以使空浮室12能顺利升至顶门开关1281，即是乘客要爬到约四层楼高进入浮室12。

图3是一个不用上拉弹簧14储力的实施例。本实施例只用回力杆23，这可省掉要对浮室12拉上顶的上拉弹簧14。利用上拉弹簧14，到浮室12到顶时，张力缆绳17变得松弛，如“弗”形，增加打结的风险性。本实施例的补力方法是用一支较低的支撑架24，回力杆23与支撑架24在顶部铰接，且一端通过补力缆绳16与辅助动力件13传动联接。辅助动力件13通过辅助动力件13使回力杆23有位置160下降至位置161。设有离合器的辅助动力件13，抽动支撑架24一端的位置162，以使浮室12下的滑轮1641，推上至位163，及使浮室12连顶滑轮升至顶十多米高位1642，才再自由落下，而其可连续反弹，也是利用反向动力触发开关21，而其安全性也很好，即共同有四层次去接着下冲之力，及地面软垫221，以确保安全。但是其缺点就是只有底弹力的收放储能效率只有约80％，不及力可集中一点的拉力法，约可有90％，故可把浮室拉至30多米高，约有3至4秒的失重效果，而底弹法只有70％。

在其它实施例中，请参阅图3至4，浮室12通过设有的回力杆23与补力缆绳16传动联接。回力杆23一端与补力缆绳16联接，另一端与浮室12联接，且回力杆23中部通过设有的支撑架24联接。其中，回力杆23中部铰接在支撑架24上，形成一个杠杆，辅助动力件13通过补力缆绳16作用于回力杆23的一端，使得回力杆23另一端的浮室12上升或下降。优选的，回力杆23为Y型结构，分别与浮室12两侧固定联接。

具体的工作过程，可以将浮室12的运动在竖直反向上分为四个区域，从最底端的位置到运动到最高端的位置依次为A区、B区、C区、D区。D区的定点D1为浮室12的最高重力势能，及上拉弹簧14最高弹性势能。A区最低点A1，此位置为浮室12重力势能最小，上抛弹簧15的弹性势能最大。在A区最低点A1设置有触发开关21通电，使得辅助动力件13得电运动，对浮室12上升加力。

在其它实施例中，请参阅图5，一种碗状防太空超重装置，为了活动类似失重的状态，可以设计成碗型的水平旋转的加重室26，其中，包括中央总柱25，设置于加重室26下端的轴承27，及驱动动力件28。中央总柱25贯穿加重室26，且加重室26绕着中央总柱25旋转运动。加重室26下端通过轴承27与安装座29旋转联接。驱动动力件28设置在安装座29上，通过在加重室26设置旋转齿轮30与驱动动力件28传动联接。通过加重室26的旋转形成离心力，来模拟状态较重木星3g至4g。

图5的力学也是很常见，如把其碗形角速度转至ω＝2时，即每秒有2rad(约等于114/rad.s)。又如半径R是10米，代入公式后，向外总离心力约有4g，这可是用作假设登上了木星时，约有3g至4g的运动效果。如在地球上抛物可很远，但如上了木星就很近似原本跳得很高的，在木星就跳不起了，而跑步也爬不动。又如放一电视幕264在转碗边放似火箭加速去木星的影像，使自己观者的重量加了3g在的座位，有一种木星既视感。

在其它实施例中，请参阅图6，一种杠杆式防太空失重装置，类似天平的仿月球漫步跳跃的轻力升降器，包括立柱31，铰接于立柱31顶端的横杆32。横杆32一端与动力弹簧33联接，且横杆32与立柱31铰接的点近于与动力弹簧33联接的一侧。横杆32的另一端设有用于安全绑定人体的绑带34。其中，动力弹簧33一端与横杆32联接，另一端与立柱32联接。并且，动力弹簧33与立柱31之间设有调校杆35，动力弹簧33固定在调校杆35上。优选的，立柱31近于与横杆32铰接点设有限位块36，以限制横杆32摆动幅度。

图6所示，在天平式的减重法，可用动力弹簧33，调校杆35，而也可用重力砝码331，而其调校距结构353，扭动杆在354。而横杆32另一方面设有扣上身体的绑带34，及动用调控距离杆341，这可把人的中心去移远近，使得自己的相对地面吸力可调改为g、似火星的0.5g，似月球的0.16g，及翻斗。

其中，为了调节弹力以适应不同体重的人体，调校杆35设有齿轮351，立柱31设有与齿轮啮合的齿条352，通过调节齿轮与齿条的相对位置来调节动力弹簧33的弹力。

在其它实施例中，请参阅图7，一种摇摆式防太空失重装置40，包括支撑座41，与支撑座41铰接的四边形结构42，及铰接于四边形结构42两端的失重室43。其中，失重室43正下方设有弹升弹簧44，当失重室43运动最底端时，弹升弹簧44吸收失重室43的动能并转换为弹性势能，然后弹性势能转化为向上的力对失重室43上抛。还包括拉扯动力件45，且拉扯动力件45的动力输出端通过设有的钢缆与失重室43联接。

图7所示，是利用平行四边形的大型浮室，可省回滑轨。多人使用时更要有独立个人使用的安全带431，432。储能弹升弹簧44可作为压力和拉力的备用缆绳441。失重室43设有用于进出的门口421。

一种仿太空失重系统,图8是浮室与梯分配的横切面图，可见左面可是用底部做，主弹力，顶是空的，而梯级是之字型地走上去；而右面可以是顶底齐用弹力收放储法，弹上的高度可多一点，无重时间可设至3至4秒，各有个人安全带。而左右浮室各有四层护底保障，钢网，地软垫221，以确保安全。

图9所示，是把浮室和梯间之排位方式，可安排到有圆形，梯在中间Q3，或是长方形Q4，梯也是在Q5一直走上在中央。

具体的，四边形结构42一端的失重室43下降，另一端的失重室43上升，下降的失重室43在拉扯动力件45的作用下，加速下降，使得上升的失重室43同样的加速度上升，当上升到一定高度时，上升的失重室43动作使得上升的失重室43突然减速或停止，那么在上升的失重室43内的人就会受到惯性的作用下上抛，体验悬浮于空中的失重状态；在下降一端的失重室43体验到超重力的感觉。虽然上升的失重室43突然刹车(刹车后，马上接触刹车，让失重室继续上升)，但是有一定的动能，所以下降一端的失重室43作用于下方的弹升弹簧44，将动能转化为势能。其中，弹升弹簧44的弹性势能将失重室43上抛，合理的利用能源，节约能源。

优选的，四边形结构42的运动幅度控制在30°内，防止过大的离心力，同时在失重室43设置倾斜面，倾斜角度为15°。

一种仿太空失重系统，请参阅图8至9，包括若干个上述的仿太空的失重装置Q，及攀梯Q1。失重装置Q围绕攀梯Q1外周设置，并且攀梯Q1设有与浮室12的舱门128相互联通的出口。人从攀梯Q1走到上端时，打开出口，并通过舱门128进入到浮室12，确保安全后，就可以体验失重。

优选的，失重装置Q为八个，分别围绕攀梯Q1设置。

综上所述，本发明结构简单，制造成本低，安全性好，能普惠大众，体验失重或超重的感觉，为搭载SpaceX遨游太空、登陆火星做准备。

上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (5)

1.一种仿太空失重装置，其特征在于，包括安装架，设于安装架之间的滑道结构，滑动联接于滑道结构的浮室，及辅助动力件；所述安装架上端设有上拉弹簧，且浮室通过张力缆绳与上拉弹簧联接；所述安装架下端设有上抛弹簧，且所述上抛弹簧设置在浮室运动的下端；所述上拉弹簧通过设有的补力缆绳与辅助动力件传动联接；所述浮室内设有用于供使用者体验的体验仓，且体验仓设有若干个用于绑定使用者的安全带；

所述浮室及使用者利用自身重力下坠，以将下降时的重力势能存储于上抛弹簧及上拉弹簧；上升运动时，上抛弹簧及上拉弹簧的弹力势能释放，浮室加速上升，上升至某一高度，浮室的动能转成弹力势能及重力势能，弹力势能存储于上抛弹簧及上拉弹簧，此时辅助动力件通过补力缆绳对浮室补充动力；保持若干次上升及下降运动，以使处于浮室内的使用者于上升及下降的过程中获得失重状态；

所述浮室外侧的下端设有凸起部；所述凸起部用于止抵上抛弹簧；所述上抛弹簧两端固定于安装架，且凸起部止抵于上抛弹簧的中部；所述安装架于浮室运动方向的下端设有触发开关；所述触发开关与辅助动力件电性连接；所述浮室运动至最下端挤压到触发开关，辅助动力件得电，以使辅助动力件驱动浮室向上运动。

2.根据权利要求1所述的一种仿太空失重装置，其特征在于，所述上拉弹簧为若干个，且两端固定于安装架；所述张力缆绳与上拉弹簧的中部联接。

3.根据权利要求2所述的一种仿太空失重装置，其特征在于，所述补力缆绳通过若干根分力缆绳与上拉弹簧联接；所述分力缆绳一端与补力缆绳一端联接，另一端固定联接于上拉弹簧的中部与固定端之间。

4.根据权利要求1所述的一种仿太空失重装置，其特征在于，所述浮室通过设有的回力杆与补力缆绳传动联接；所述回力杆一端与补力缆绳联接，另一端与浮室联接，且回力杆中部通过设有的支撑架联接。

5.一种仿太空失重系统，其特征在于，包括若干个权利要求1至4任一项所述的仿太空的失重装置，及攀梯；所述失重装置围绕攀梯外周设置，且攀梯设有与浮室的舱门相互联通的出口；所述舱门包括用于使用者出入的上舱门，及设于安装架下端的下舱门。

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