邱茂昌，吳其漢，鐘圖壹，盧 偉，劉尊波

（1.桂林電子科技大學(xué)，廣西 桂林541004；2.桂林新商路電子商務(wù)有限公司，廣西 桂林541100）

作為滑冰滑雪的伴生項(xiàng)目[1]，輪滑運(yùn)動(dòng)有著場(chǎng)地受限小、促進(jìn)肌肉協(xié)調(diào)性、有利兒童平衡感培養(yǎng)的優(yōu)點(diǎn)[2]。目前國(guó)內(nèi)輪滑鞋年產(chǎn)量約80萬雙[3]，是世界第一大輪滑鞋產(chǎn)地，不過目前普遍使用的輪滑鞋結(jié)構(gòu)形式是固定的，即滑輪固定安裝在鞋底座上，隨著輪滑運(yùn)動(dòng)的廣泛普及，輪滑運(yùn)動(dòng)能夠施展的場(chǎng)所越來越多，且運(yùn)動(dòng)安全問題越來越受到關(guān)注[4]。但更換輪滑鞋依然很不便，使用者往往需要帶另一套鞋子進(jìn)行換穿。市場(chǎng)上雖然已經(jīng)出現(xiàn)小部分可變形輪滑鞋產(chǎn)品，但與現(xiàn)有輪滑鞋的功能上有一定的差異并且存在自重過大、控制機(jī)構(gòu)負(fù)雜等缺陷?？傮w而言，針對(duì)現(xiàn)在主流的雙排和單排輪滑運(yùn)動(dòng)，還沒有完美兼?zhèn)淦胀ㄐ凶吆突?種使用特點(diǎn)的可變形輪滑鞋。

1 單排收放機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

1.1 收放機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的總體思路

外壁上各對(duì)應(yīng)設(shè)置有1個(gè)主動(dòng)桿，橫桿設(shè)置在支撐殼體內(nèi)，橫桿的兩端分別穿過支撐殼體的側(cè)壁與2個(gè)主動(dòng)桿的上端相鉸接，按壓桿的一端與橫桿相連接，按壓桿的另一端為施力端，2個(gè)鉸接件分別設(shè)置在支撐殼體的兩側(cè)外壁處，每個(gè)鉸接件的兩端分別與前連桿組件和后連桿組件可拆卸連接，每個(gè)主動(dòng)桿的下端鉸接在其靠近的鉸接件上。

連桿組件如圖2所示，每個(gè)連桿組件內(nèi)包括鉸接件、2個(gè)短片體和2個(gè)長(zhǎng)片體，2個(gè)長(zhǎng)片體豎直并列設(shè)置在支撐殼體內(nèi)，2個(gè)短片體豎直并列設(shè)置在2個(gè)長(zhǎng)片體之間。每個(gè)短片體的一端與其靠近的長(zhǎng)片體的一端通過鉸接件相鉸接，2個(gè)短片體的另一端之間鉸接有滑輪，2個(gè)長(zhǎng)片體的另一端之間也鉸接有滑輪，在每個(gè)長(zhǎng)片體和短片體上都設(shè)計(jì)了展開限位槽和收攏限位槽，它們控制收放機(jī)構(gòu)的展開定位和收攏定位。

圖2 前/后連桿組件

變形輪滑鞋的變形輪收放機(jī)構(gòu)要求放置在鞋身底部，通過收放結(jié)構(gòu)進(jìn)行展開與收攏輪子，實(shí)現(xiàn)輪滑鞋和普通鞋的功能切換。因此，收放機(jī)構(gòu)應(yīng)包括滑輪收起和展開2種狀態(tài)?？臻g連桿機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)動(dòng)多樣的優(yōu)點(diǎn)[5]，擬采用空間連桿機(jī)構(gòu)與扭簧、壓縮彈簧等配合實(shí)現(xiàn)2種收放機(jī)構(gòu)的功能。

1.2 單排收放機(jī)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)方案

滑輪單排收放機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖1所示，包括按壓桿、橫桿、前卡桿、2個(gè)相同結(jié)構(gòu)的連桿組件、主動(dòng)桿、2個(gè)鉸接件、轉(zhuǎn)盤、后從動(dòng)桿、前從動(dòng)桿和后卡桿等。其中支撐殼體為長(zhǎng)方形框體，2個(gè)連桿組件沿支撐殼體的長(zhǎng)度方向?qū)ΨQ設(shè)置在支撐殼體內(nèi)。支撐殼體的兩側(cè)

圖1 單排收放機(jī)構(gòu)總體視圖（省略支撐殼體）

1.3 單排收放機(jī)構(gòu)的展開和收攏

有超過30%的大學(xué)生有過運(yùn)動(dòng)損傷的經(jīng)歷，原因來自于運(yùn)動(dòng)器材本身[6]，這就要求收放機(jī)構(gòu)在展開或收攏狀態(tài)都應(yīng)有相當(dāng)?shù)目煽啃浴．?dāng)單排收放機(jī)構(gòu)的滑輪處于展開極限位置時(shí)，后連桿組件的展開限位槽相連通形成的總限位槽內(nèi)卡接有后卡桿。同理，在前連桿組件的形成的總限位槽內(nèi)也接有前卡桿。此時(shí)，前、后連桿組件都被卡桿限制，4個(gè)滑輪處于展開狀態(tài)的極限位置，如圖3所示。

圖3 單排收放機(jī)構(gòu)處于滑輪展開位置的剖視圖

當(dāng)單排收放機(jī)構(gòu)的滑輪處于收攏極限位置時(shí)，前、后連桿組件的收攏限位槽分別相連通形成2個(gè)總限位槽，總限位槽內(nèi)有前、后卡桿卡接固定。

1.4 單排收放機(jī)構(gòu)的工作執(zhí)行方案

按壓桿是控制整個(gè)收放機(jī)構(gòu)工作的開關(guān)。用手指按壓處于支撐殼體尾端的按壓桿端部，按壓桿被按壓移動(dòng)后帶動(dòng)橫桿朝向支撐殼體頭端移動(dòng)，橫桿移動(dòng)帶動(dòng)主動(dòng)桿的朝向支撐殼體頭端移動(dòng)，主動(dòng)桿移動(dòng)分別帶動(dòng)從動(dòng)桿朝向支撐殼體頭端移動(dòng)，后從動(dòng)桿的移動(dòng)同時(shí)帶動(dòng)前、后2個(gè)連桿組件的展開動(dòng)作。

對(duì)于后連桿組件，后從動(dòng)桿移動(dòng)的同時(shí)帶動(dòng)其對(duì)應(yīng)的后卡桿脫離機(jī)構(gòu)處于收攏位置時(shí)的總限位槽，短片體因后卡桿的離開以及扭簧的作用，開始快速下落，迅速到達(dá)到滑輪展開的極限位置。此時(shí)，短片體上的限位突起靠在長(zhǎng)片體的限位槽內(nèi)，同時(shí)長(zhǎng)片體因后卡桿的離開而下落，并在彈簧的作用下，帶動(dòng)滑輪迅速下落至貼地使用狀態(tài)，后卡桿卡入展開位置時(shí)的總限位槽，后連桿組件的展開動(dòng)作完成。

對(duì)于前連桿組件，2個(gè)前從動(dòng)桿朝向支撐殼體頭端移動(dòng)，從而帶動(dòng)各自對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)盤發(fā)生逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，2個(gè)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)2個(gè)前從動(dòng)桿朝向支撐殼體尾端移動(dòng)，帶動(dòng)前輪連桿組件的前卡桿脫離總限位槽，與后連桿組件的展開動(dòng)作類似，在彈簧的作用下，前連桿組件也同時(shí)完成了展開動(dòng)作，滑輪處于展開狀態(tài)。

控制機(jī)構(gòu)4個(gè)滑輪從展開狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槭諗n狀態(tài)的變形過程為上述過程的逆過程，用手指按壓處于支撐殼體尾端的按壓桿端部，使卡桿脫離展開位置的總限位槽，再通過直接轉(zhuǎn)動(dòng)前、后連桿組件實(shí)現(xiàn)滑輪到收攏極限位置，此時(shí)卡桿卡入總限位槽固定。

2 雙排滑輪收放機(jī)構(gòu)

2.1 雙排滑輪收放機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案

雙排收放機(jī)構(gòu)如圖4和圖5所示，具體包括部件：推桿、滑塊、滑塊用活動(dòng)銷、連桿、前拉伸彈簧、后壓縮彈簧、前軸體、后軸體和底盒。圖6和圖7分別為滑塊和連桿的兩視圖。在底盒上，收攏狀態(tài)用限位槽、滑塊用活動(dòng)銷、連桿、前拉伸彈簧和后壓縮彈簧均設(shè)置在底盒內(nèi)，滑塊的頂部與底盒頂部?jī)?nèi)壁滑動(dòng)配合，推桿穿過底盒的后端與滑塊的后端可拆卸連接，底盒頂部?jī)?nèi)壁上加工有凸起，滑塊的前端與凸起之間設(shè)置有后壓縮彈簧，滑塊通過滑塊用活動(dòng)銷與底盒的兩側(cè)壁相連接，連桿與凸起相鉸接，連桿的前端通過前軸體與底盒的兩側(cè)壁滑動(dòng)配合，連桿的后端通過后軸體與底盒的兩側(cè)壁滑動(dòng)配合，連桿和前軸體之間設(shè)置有前拉伸彈簧，連桿朝向滑塊用活動(dòng)銷的一側(cè)依次加工有張開狀態(tài)用限位槽和收攏狀態(tài)用限位槽。

圖5 雙排收放機(jī)構(gòu)總體剖視圖

圖6 滑塊視圖

圖7 連桿視圖

2.2 雙排收放機(jī)構(gòu)的張開和收攏

雙排收放機(jī)構(gòu)處于收攏狀態(tài)時(shí)，如圖8所示，滑塊用活動(dòng)銷處于收攏狀態(tài)用限位槽內(nèi)，后軸體處于后長(zhǎng)孔靠近推桿的一端處，前軸體處于前長(zhǎng)孔中靠近推桿的一端處，滑輪處于收攏極限位置，此時(shí)支撐桿的長(zhǎng)度方向與底盒的長(zhǎng)度方向相同。

圖8 雙排收放機(jī)構(gòu)處于收攏狀態(tài)

雙排收放機(jī)構(gòu)處于展開狀態(tài)時(shí)，如圖4所示，滑塊用活動(dòng)銷一端設(shè)置在第一豎向孔的低端，滑塊用活動(dòng)銷另一端穿過傾斜長(zhǎng)孔的低端后設(shè)置在第二豎向孔的低端處；當(dāng)快速變形輪滑鞋處于收攏極限位置時(shí)，滑塊用活動(dòng)銷一端設(shè)置在第一豎向孔的低端，滑塊用活動(dòng)銷另一端穿過傾斜長(zhǎng)孔的高端后設(shè)置在第二豎向孔的低端。

圖4 雙排收放機(jī)構(gòu)總體視圖

2.3 雙排收放機(jī)構(gòu)的執(zhí)行方案

當(dāng)需要將雙排收放機(jī)構(gòu)從收攏狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎归_狀態(tài)時(shí)，按壓推桿，使推桿朝向底盒的前端所在位置移動(dòng)，從而帶動(dòng)滑塊朝向凸起移動(dòng)，滑塊移動(dòng)的同時(shí)壓縮后壓縮彈簧，滑塊移動(dòng)的同時(shí)帶動(dòng)滑塊用活動(dòng)銷上移并從收攏狀態(tài)用限位槽脫離出來，即在傾斜長(zhǎng)孔、第一豎向孔和第二豎向孔同時(shí)限位作用下，滑塊用活動(dòng)銷的中部從傾斜長(zhǎng)孔低端往傾斜長(zhǎng)孔高端處移動(dòng)，同時(shí)滑塊用活動(dòng)銷的一端從第一豎向孔低端往第一豎向孔的高端移動(dòng)，同步滑塊用活動(dòng)銷的另一端從第二豎向孔低端往第二豎向孔的高端移動(dòng)，直至滑塊用活動(dòng)銷上移到從收攏狀態(tài)用限位槽脫離出來，此時(shí)連桿在前拉伸彈簧的拉力作用下移動(dòng)到張開狀態(tài)極限位置后停止，滑塊在后壓縮彈簧的回復(fù)力作用下，滑塊用活動(dòng)銷又回到最低位，并通過滑塊用活動(dòng)銷與張開狀態(tài)用限位槽卡接配合形成張開極限位置的穩(wěn)定定位。同時(shí)連桿的后端處的后軸體由后長(zhǎng)孔的后端移動(dòng)到后長(zhǎng)孔的前端，帶動(dòng)滑輪由收攏狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閺堥_狀態(tài)，連桿的后端向前移動(dòng)的同時(shí)，帶動(dòng)連桿的前端同步向前移動(dòng)，使前軸體由前長(zhǎng)孔的后端移動(dòng)至前長(zhǎng)孔的前端，連桿的前端對(duì)應(yīng)的滑輪也由收攏狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閺堥_狀態(tài)，類似于飛機(jī)起落架的收放過程[7-8]。

當(dāng)需要從展開狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槭諗n狀態(tài)時(shí)，按壓推桿，滑塊由后向前滑動(dòng)，帶動(dòng)滑塊用活動(dòng)銷依照路徑從張開狀態(tài)用限位槽脫出，此時(shí)通過外力將滑輪件中的任意一個(gè)向鞋體中間轉(zhuǎn)動(dòng)，直至滑塊用活動(dòng)銷移動(dòng)到連桿的收攏狀態(tài)用限位槽中，該過程中被進(jìn)一步拉伸，使得收放機(jī)構(gòu)明由展開狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槭諗n狀態(tài)。

3 結(jié)論

2種收放機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了單、雙排變形鞋在普通鞋體和輪滑鞋體的靈活轉(zhuǎn)換。通過機(jī)構(gòu)中按壓桿、推桿、橫桿、連桿組件、支撐殼體、扭簧、壓簧之間的相互配合實(shí)現(xiàn)了單列和多列多個(gè)滑輪的有序展開和收攏動(dòng)作，簡(jiǎn)化開啟難度，只需用手指操作即可，變形后使用穩(wěn)定，無需另施力在其他位置，有利于安全操作，且能夠有效提高單、雙排輪的變形前、變形過程中和變形后的使用性能。

2種收放機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間小，能夠?qū)崿F(xiàn)操作觸發(fā)件后多個(gè)滑輪同時(shí)釋放動(dòng)作，提高滑輪展開和收攏的合理操作性，去掉冗余輔助的控制結(jié)構(gòu)，減輕了整體質(zhì)量，使用更加輕盈方便，符合人性化運(yùn)動(dòng)裝備的要求。

2種收放機(jī)構(gòu)中連桿組件與各個(gè)滑輪相配合能夠?yàn)楦鱾€(gè)滑輪處于收攏狀態(tài)下提供足夠的容納空間，有利于提高輪滑鞋普通行走的使用性能。