一種陀螺裝置的製作方法

2023-10-23 18:07:12 1

專利名稱：一種陀螺裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及陀螺裝置技術領域，特別涉及一種可以能夠防止摔倒，使人穩定行走的陀螺裝置。
背景技術：
繞一個支點高速轉動的剛體稱為陀螺。通常所說的陀螺是特指對稱陀螺，它是一個質量均勻分布的、具有軸對稱形狀的剛體，其幾何對稱軸就是它的自轉軸。它有兩個基本特性一為定軸性，另一是進動性。定軸性當陀螺以高速旋轉時，在沒有任何外力矩作用在陀螺上時，陀螺的自轉軸 在慣性空間中的指向保持穩定不變，即指向一個固定的方向；同時反抗任何改變轉子軸向的力量。這種物理現象稱為陀螺的定軸性或穩定性。進動性當陀螺以高速旋轉時，如果施加的外力矩是沿著除自轉軸以外的其它軸向，陀螺並不順著外力矩的方向運動，其轉動角速度方向與外力矩作用方向互相垂直，這種特性，叫做陀螺的進動性。現實生活中由於各種原因，例如，年老體衰、身負疾病或是大腦小腦受損，導致許多人行走不便，站立不穩。這給他們的生活帶來極大的不便。為了防止跌倒，他們在行走時一般藉助拐杖等輔助工具維持身體的平穩，然而此類輔助工具也只能依靠使用者自身進行重心調整，防摔效果並不理想。因此，如何提供一種裝置，能夠防止跌倒，使人穩定行走，是本領域技術人員亟需解決的問題。

實用新型內容有鑑於此，本實用新型的主要目的在於提供一種陀螺裝置，能夠防止跌倒，使人穩定行走。為實現上述目的，本實用新型提供了一種陀螺裝置，包括用於環繞在使用者腰部的空心環狀的外殼；設置在所述外殼內部的環狀的陀螺轉子；均勻設置在所述外殼上方的4個永久性強磁鐵；均勻設置在所述環狀的外殼下方的4個軸向傳感器以及相對設置所述環狀外殼上方的4個控制所述陀螺轉子軸向位移的軸向電磁鐵,分別為電磁鐵A、電磁鐵B、電磁鐵C和電磁鐵D ；設置在所述環狀外殼外側的2個徑向傳感器以及相對設置在所述環狀外殼外側的2個控制所述陀螺轉子徑向位移的徑向電磁鐵；設置在所述外殼上的用於感受加速度的重力加速度傳感器，以及用於接收所述軸向傳感器和徑向傳感器的信號並發出控制信號的微處理器。優選地，上述陀螺裝置中，還包括能吸附在豎直金屬牆面的電磁鞋。[0016]優選地，上述陀螺裝置中，所述電磁鞋包括鞋體、設置在所述鞋體底部的電磁鐵、設置在所述電磁鐵上的橡膠層以及設置在所述鞋體後側的微動開關。優選地，上述陀螺裝置中，所述陀螺轉子包括轉子緊圈以及設置在所述轉子緊圈內部上方的和所述永久性強磁鐵以及軸向電磁鐵相互作用的軸向強磁、位於所述轉子緊圈內部內側的和所述徑向電磁鐵相互作用的徑向強磁以及分別與所述軸向強磁和徑向強磁相連的轉子驅動部分。優選地，上述陀螺裝置中，所述軸向強磁和徑向強磁與所述轉子驅動部分之間設置有將三者相互隔開的隔磁材料。優選地，上述陀螺裝置中，還包括 關節鎖，所述關節鎖包括與所述外殼相連的關節鎖上部，和與所述電磁鞋相連的關節鎖下部，所述關節鎖上部具有第一連接部，所述關節鎖下部具有與所述第一連接部相貼合的第二連接部，所述第一連接部和第二連接部上開設有連接孔，所述關節鎖上部和所述關節鎖下部通過所述連接孔鉸接在一起；還包括設置在所述關節鎖上部的電磁鐵、與所述電磁鐵發生相互作用的強磁鐵、與所述強磁鐵相連的上鎖部件，以及設置在所述第一連接部和第二連接部上的上鎖孔；所述電磁鐵可對所述強磁鐵發出斥力使得所述上鎖部件插入所述上鎖孔，或發出吸力使得所述上鎖部件拔出所述上鎖孔。相對於現有技術，本實用新型的技術效果是使用時，將外殼環繞在使用者的腰部，人站立在水平地面上，此時均勻設置在外殼上方的四個永久性強磁鐵，對位於殼體中的陀螺轉子產生吸力，使得陀螺轉子能夠懸浮在外殼中，整個陀螺裝置處於待機狀態，陀螺轉子不發生轉動。當人即將摔倒時，身體發生傾斜重力加速度傳感器檢測到這種變化並將電信號傳遞給微處理器，微處理器經過計算分析發出信號，控制陀螺轉子高速旋轉，並結合四個軸向電磁鐵與陀螺轉子的相互作用，使人穩定處於傾斜態，這時，通過遙控器發送指令給微處理器，微處理器控制相應電磁鐵與陀螺轉子相互作用，從而使人向上進動，回到最初的站立態，從而達到防止跌倒，使人穩定行走的目的。

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。圖1為本實用新型提供的陀螺裝置的俯視圖；圖2為本實用新型提供的陀螺裝置的仰視圖；圖3為本實用新型提供的陀螺裝置的轉子的側視圖；圖4為圖3中A-A剖視圖；圖5為本實用新型提供的陀螺裝置的關節鎖的結構示意圖。上圖中，附圖標記和部件名稱之間的對應關係為I外殼；2陀螺轉子；21軸向強磁；22徑向強磁；23轉子驅動部分；24隔磁材料；3永久性強磁鐵；41軸向傳感器；51徑向傳感器；52徑向電磁鐵；6重力加速度傳感器；7微處理器；81關節鎖上部；811第一連接部；82關節鎖下部；821第二連接部。
具體實施方式
本實用新型的核心在於提供一種陀螺裝置，能夠防止跌倒，使人穩定行走。為了使本領域的技術人員更好地理解本實用新型的技術方案，
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。請參考圖1和圖2，圖1為本實用新型提供的陀螺裝置的俯視圖；圖2為本實用新型提供的陀螺裝置的仰視圖。如圖1和圖2，本實用新型提供的陀螺裝置，包括用於環繞在使用者腰部的空心環
狀的外殼1、設置在外殼I內部的環狀的陀螺轉子2、均勻設置在外殼I上方的4個永久性強磁鐵3、均勻設置在環狀的外殼I下方的4個軸向傳感器41以及相對設置環狀外殼I上方的4個控制陀螺轉子2軸向位移的軸向電磁鐵、設置在環狀外殼I外側的2個徑向傳感器51以及相對設置在環狀外殼I外側的2個控制陀螺轉子2徑向位移的徑向電磁鐵52，設置在所述外殼I上的用於感受加速度的重力加速度傳感器6，以及設置在外殼I上的用於接收軸向傳感器41和徑向傳感器51的信號並發出控制信號的微處理器7。使用時，將本實用新型的外殼I環繞在使用者腰部，當人豎直站立時，均勻設置在外殼I上方的四個永久性強磁鐵3，對位於殼體中的陀螺轉子2產生吸力，使得陀螺轉子2能夠懸浮在外殼I中，整個陀螺裝置處於待機狀態，陀螺轉子2不發生轉動。當人由於重心不穩，即將摔倒時，身體相對於地面出現一定傾角，此時，重力加速度傳感器6檢測到這種變化並將電信號傳遞給微處理器7，微處理器7經過計算分析發出信號，控制陀螺轉子2驅動部分工作從而使得陀螺轉子2以一定轉速旋轉；並且此時軸向傳感器41和徑向傳感器51檢測到陀螺轉子2位置的變化，產生電信號傳遞給微處理器7，微處理器7經過計算分析發出電信號控制相應軸向和徑向的電磁鐵產生磁力，從而把陀螺轉子2牢牢控制在原始位置；此時，電磁鐵A產生吸力，電磁鐵B產生斥力，從而形成水平向右的力矩與水平向左重力矩相互抵消，從而使人處於傾斜靜止態(即身體雖然傾斜，但並不跌倒)；此時，通過手中的遙控，發送電信號指令給微處理器7，微處理器7經過計算分析，發送電信號指令給電磁鐵C和電磁鐵D，使電磁鐵C產生斥力，電磁鐵D產生吸力，從而形成垂直人體向上的力矩，根據陀螺效應，人體將在豎直平面向上進動，從而使人回復站立態，實用新型又處於待機狀態停止工作，從而達到防摔的目的。進一步地，當人想要在平地上平穩站立時，只需啟動本實用新型，使得陀螺轉子2高速旋轉，常識可知，陀螺效應地存在能夠使得不穩定的東西變得穩定，這是旋轉物體所特有的性質，所以只需啟動本實用新型提供的陀螺裝置即可實現平穩站立的效果。結合上述防摔功能，本實用新型使得年老體衰、身負疾病以及大小腦受損的人能夠不藉助其他輔助工具便可穩定行走，平穩站立。防止了跌倒現象的發生，並排除了因跌倒而引發的各種安全隱患，為其以及其家人的生活提供了極大的便利。為了進一步優化上述技術方案，本實用新型還包括能吸附在豎直金屬牆面的電磁鞋。人們由於地球引力場的存在一直局限在平地上活動，而隨著社會的發展，許多方面都要求能在豎直面上行走，比如，在軍事上，強攻敵人大型軍艦時，士兵通常採用繩索攀爬，浪費了體力，同時也較易驚動軍艦上的敵軍，影響登艦成功率。如果能夠豎直走上去不需要藉助於繩索，則能夠大大提升登艦成功率。本實用新型即可實現人在豎直金屬牆面行走。具體地在使用時，將外殼I環繞在使用者的腰部，人站立在水平地面上，此時均勻設置在外殼I上方的四個永久性強磁鐵3，對位於殼體中的陀螺轉子2產生吸力，使得陀螺轉子2能夠懸浮在外殼I中，整個陀螺裝置處於待機狀態，陀螺轉子2不發生轉動。當人要踏上豎直牆面，一方面，人的身體發生傾斜；另一方面位於人腳上的電磁鞋吸附在豎直牆面上，提供一個豎直向上的摩擦力。與此同時，重力加速度傳感器6檢測到這種人體的傾斜變化，並將其轉化成電信號，然後將電信號傳遞至微處理器7，通過微處理器7的計算分析，控制陀螺轉子2開始旋轉，此時人和本實用新型相當於一個陀螺，而人自身就是陀螺的自轉軸，根據陀螺的進動性可知，人受到的重力距的方向為垂直與人的身體水平向右。 此時重力加速度傳感器6檢測到人發生進動方向的傾斜，並其轉化成電信號，然後將電信號傳遞至微處理器7，通過微處理器7的計算分析，控制軸向電磁鐵啟動，電磁鐵A排斥陀螺轉子2，給其一個向下的力，電磁鐵B吸附陀螺轉子2—個向下的力，這兩個力共同產生一個與重力矩抵消的力矩，即垂直與人的身體水平向左的力矩。從而克服了人的進動，而電磁鞋向上的摩擦力和人受到的重力抵消，使得人能夠靜止在豎直牆面上。當電磁鐵A和電磁鐵B在上述基礎上加大力矩，可使其大於重力矩，便可實現人向左方旋轉，相反地，若電磁鐵A和電磁鐵B在上述基礎上減小力矩，可使其小於重力矩，便可實現人向右方旋轉。(此原理同樣適用於地面)電磁鐵A和電磁鐵B的最大磁力的確定公式Fmx= (m總gr/2R) +X (X彡0，X的大小決定了向右旋進的能力，當X=O時將不能向右旋轉)。徑向電磁鐵52主要控制陀螺轉子2在徑向的位置，不同重量等級的人設計也不一樣，只要能使陀螺轉子2在徑向沒有任何運動即可。具體地，上述電磁鞋包括鞋體、設置在鞋體底部的電磁鐵、設置在電磁鐵上的橡膠層和設置在鞋體後側的微動開關。鞋體供人穿著在腳上，鞋體底部的電磁鐵產生對牆面的吸引力，橡膠層用於產生和牆面的摩擦力，微動開關設置在鞋體後側，可以通過人體的重力閉合，此時電磁鐵工作，吸附在豎直牆面上，當人將腳抬起、走下一步時，電磁鐵開關斷開，從而輕鬆起步。請參考圖3和圖4，圖3為本實用新型提供的陀螺裝置的轉子的側視圖；圖4為圖3中A-A剖視圖。具體地，本實用新型中，陀螺轉子2包括轉子緊圈以及設置在轉子緊圈內部環形上方的和永久性強磁鐵3以及軸向電磁鐵相互作用的軸向強磁21、位於轉子緊圈內部環形內側的和徑向電磁鐵52相互作用的徑向強磁22以及與軸向強磁21和徑向強磁22相連的轉子驅動部分23。本實用新型處於待機狀態時，位於陀螺轉子2上的軸向強磁21和位於外殼I上方的永久性強磁鐵3相互作用，使得陀螺轉子2處於懸浮狀態。當人要左右旋轉，或上升下降時，位於陀螺轉子2上的軸向強磁21和位於外殼I上方的軸向電磁鐵相互作用，位於陀螺轉子2上的徑向強磁22和位於外殼I外側的徑向電磁鐵52相互作用。為了進一步優化上述技術方案，本實用新型還包括設置在軸向強磁21和徑向強磁22與轉子驅動部分23之間的將三者隔開的隔磁材料24。避免了軸向強磁21、徑向強磁22以及轉子驅動部分23之間的互相干擾。請參考圖5，圖5為本實用新型提供的陀螺裝置的關節鎖的結構示意圖。進一步地，為了優化上述技術方案，還包括關節鎖，關節鎖包括與外殼I相連的關節鎖上部81，和與電磁鞋相連的關節鎖下部82，關節鎖上部81具有第一連接部811，關節鎖下部82具有與第一連接部811相貼合的第二連接部821，第一連接部811和第二連接部821上開設有連接孔，關節鎖上部81和關節鎖下部82通過連接孔鉸接在一起；還包括設置在所述關節鎖上部81的電磁鐵、與電磁鐵發生相互作用的強磁鐵、與強磁鐵相連的上鎖部件，以及設置在第一連接部811和第二連接部821上的上鎖孔；電磁鐵可對所述強磁鐵發出斥力使得上鎖部件插入上鎖孔，或產生吸力使得上鎖部件拔出上鎖 孔。可知，當關節鎖上部81和關節鎖下部82通過連接孔鉸接在一起時，關節鎖上部81和關節鎖下部82可以相對轉動，人能夠靈活走動，當上鎖部件插入上鎖孔時，可以相對轉動的關節鎖上部81和關節鎖下部82又出現第二個連接點，這樣便形成一種鎖止結構，使得關節鎖上部81和關節鎖下部82不能相對轉動。即通過該關節鎖的設置，使得人在摔倒的瞬間，立即上鎖，鎖住人的關節，使人不能發力，膝蓋處的關節不會輕易打彎，防止產生水平向左的力矩使人旋進，當本實用新型使人體回復站立姿態時，電磁鐵可對強磁鐵產生吸力使得上鎖部件拔出上鎖孔，使得關節鎖解鎖。可知，關節鎖的設置進一步提高了本實用新型的安全穩定性。本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本實用新型。本文中應用了具體個例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本實用新型的方法及其核心思想。應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以對本實用新型進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本實用新型權利要求的保護範圍內。
權利要求1.一種陀螺裝置，其特徵在於，包括用於環繞在使用者腰部的空心環狀的外殼(I);設置在所述外殼內部的環狀的陀螺轉子(2)；均勻設置在所述外殼上方的4個永久性強磁鐵(3)；均勻設置在所述環狀的外殼下方的4個軸向傳感器(41)以及相對設置所述環狀外殼 (I)上方的4個控制所述陀螺轉子(2)軸向位移的軸向電磁鐵，分別為電磁鐵A、電磁鐵B、 電磁鐵C和電磁鐵D ；設置在所述環狀外殼(I)外側的2個徑向傳感器(51)以及相對設置在所述環狀外殼 (I)外側的2個控制所述陀螺轉子(2)徑向位移的徑向電磁鐵(52)；設置在所述外殼(I)上的用於感受加速度的重力加速度傳感器(6)，以及用於接收所述軸向傳感器(41)和徑向傳感器(51)的信號並發出控制信號的微處理器(7)；向微處理器發出控制信號的遙控器。
2.根據權利要求1所述的陀螺裝置，其特徵在於，還包括能吸附在豎直金屬牆面的電磁鞋。
3.根據權利要求2所述的陀螺裝置，其特徵在於，所述電磁鞋包括鞋體、設置在所述鞋體底部的電磁鐵、設置在所述電磁鐵上的橡膠層以及設置在所述鞋體 後側的微動開關。
4.根據權利要求1所述的陀螺裝置，其特徵在於，所述陀螺轉子(2)包括轉子緊圈以及設置在所述轉子緊圈內部環形上方的和所述永久性強磁鐵(3)以及軸向電磁鐵相互作用的軸向強磁(21)、位於所述轉子緊圈內部環形內側的和所述徑向電磁鐵(52)相互作用的徑向強磁(22)以及分別與所述軸向強磁(21)和徑向強磁(22)相連的轉子驅動部分(23)。
5.根據權利要求4所述的陀螺裝置，其特徵在於，所述軸向強磁(21)和徑向強磁(22) 與所述轉子驅動部分(23)之間設置有將三者相互隔開的隔磁材料(24)。
6.根據權利要求1所述的陀螺裝置，其特徵在於，還包括關節鎖，所述關節鎖包括與所述外殼(I)相連的關節鎖上部(81)，和與所述電磁鞋相連的關節鎖下部(82)，所述關節鎖上部(81)具有第一連接部(811)，所述關節鎖下部(82)具有與所述第一連接部(811)相貼合的第二連接部(821 )，所述第一連接部(811)和第二連接部(821)上開設有連接孔，所述關節鎖上部(81)和所述關節鎖下部(82)通過所述連接孔鉸接在一起；還包括設置在所述關節鎖上部(81)的電磁鐵、與所述電磁鐵發生相互作用的強磁鐵、 與所述強磁鐵相連的上鎖部件，以及設置在所述第一連接部(811)和第二連接部(821)上的上鎖孔；所述電磁鐵可對所述強磁鐵發出斥力使得所述上鎖部件插入所述上鎖孔，或發出吸力使得所述上鎖部件拔出所述上鎖孔。
專利摘要本實用新型公開了一種陀螺裝置，包括用於環繞在使用者腰部的空心環狀的外殼、設置在外殼內部的環狀的陀螺轉子、均勻設置在外殼上方的四個永久性強磁鐵、均勻設置在環狀的外殼下方的四個軸向傳感器以及相對設置環狀外殼上方的四個控制陀螺轉子軸向位移的軸向電磁鐵、設置在環狀外殼外側的兩個徑向傳感器以及相對設置在環狀外殼外側的兩個控制陀螺轉子徑向位移的徑向電磁鐵，設置在所述外殼上的用於感受加速度的重力加速度傳感器，以及設置在外殼上的用於接收軸向傳感器和徑向傳感器的信號並發出控制信號的微處理器。本實用新型提供的陀螺裝置能夠防止跌倒，使人穩定行走。
文檔編號A61H3/00GK202822021SQ20122048934
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月24日 優先權日2012年9月24日
發明者吳俊波 申請人:蘇州大學