CN109864689B - 一种基于仿生学的鞋体清洗装置及清洗方法 - Google Patents

Abstract

一种基于仿生学的新型鞋体全方位清洗装置，包括有清洗缸体和设在清洗缸体上的上顶件；上顶件内腔中设有与主电机相连的主动齿轮；主动齿轮与四个从动齿轮啮合；从动齿轮通过凸轮机构与支撑套筒上的上端相连；支撑套筒上与支撑套筒下相配合；支撑套筒上设有竖式毛刷；环形限位槽一位于环形限位槽二内，环形限位槽一内设有鞋体支撑架；环形限位槽二内设有环形支架；连接杆通过鞋体夹持杆与脉冲发生器相连；清洗的步骤是：1)将待清洗的鞋体对称的固定于鞋体夹持件杆上；2)鞋体支撑架及其上所固定的四个鞋体夹持杆装配进清洗缸体后，与四只竖式毛刷呈错位摆放；3)选择对应的清洗模式；4)清洗完成后取出鞋子；鞋体清洗效率、自动化程度高。

Description

一种基于仿生学的鞋体清洗装置及清洗方法

技术领域

本发明属于鞋体全方位清洗技术领域，特别涉及一种基于仿生学的新型鞋体全方位清洗装置及清洗方法。

背景技术

现有的洗鞋机，主要分为四类：擦拭类、波轮类、喷淋类和声波类。

擦拭类的鞋体清洗机主要是用于酒店里服务于客人擦拭皮鞋时使用的；其适用范围小，只能够用于去除皮鞋表面的浮尘，不能清洗运动鞋、帆布鞋等污渍附着较为牢固的鞋体。波轮类的鞋体清洗机现在经常出现在部分高校以及洗鞋店内，类似于滚筒式洗衣机，其主要利用波轮转动时产生的离心力使水流和毛刷与鞋体产生摩擦，进而达到清洗目的。波轮式是目前较为常见的洗鞋机之一。它可以较为干净的达到清洗鞋体的目的，但同时，由于其采用的的是滚筒式的构型，容易使鞋体在清洗过程中产生形变，对鞋体产生损伤。喷淋类鞋体清洗机是近年来兴起的一种鞋体清洗机，其主要利用高压水流在接触到鞋体瞬间而产生的巨大压力从而剥离污浊物，它可以在清洗过程中做到不损伤鞋体，但是其清洗效率以及水资源利用率却因喷淋的缘故大打折扣，清洗成本过高。声波类鞋体清洗机是利用超声波进行去污清洗的一种新型清洁方式，但是其应用于鞋体清洗中，就显得有些“力不从心”了。根据部分用户反馈，使用时，噪音较大，且清洗效果不佳。

由于脚心汗腺多，容易出汗，汗液里除含水分、盐分外，还含有乳酸及尿素；在多汗条件下，脚上的细菌便会大量繁殖，因而鞋体内部是各类真菌、细菌的聚集地。随着现代人类对于健康生活的追求，消毒灭菌也是一个非常重要的设计要点。但是上述几种鞋体清洗机均对鞋体外表面清洗，也未涉及清洗结束后的杀菌消毒。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于仿生学的新型鞋体全方位清洗装置及清洗方法，包括鞋体加持部分、鞋体清洗部分、灭菌消毒部分和自动控制部分；其中鞋体加持部分为一种新型的鞋体加持器，用于在清洗过程中固定鞋体；用户通过在控制面板的简单设定，即可操控自动控制部分对其他三个部分进行高效的协调，进而达到鞋体清洁的目的；通过这种新型的鞋体清洗系统，有效地解决了现有鞋体清洗机无法有效清洗鞋体内部、无法进行消毒灭菌、清洗效率低等问题，提升了用户使用的舒适度和体验感。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于仿生学的新型鞋体全方位清洗装置，包括有清洗缸体和设在清洗缸体上的上顶件；上顶件内腔中设有与主电机相连的主动齿轮；主动齿轮四周分别与四个从动齿轮相啮合；从动齿轮下侧通过凸轮机构与支撑套筒上的上端相连；支撑套筒上的下端套在支撑套筒下的外部；支撑套筒上的外侧设有竖式毛刷；在清洗缸体的底板上设有环形限位槽一和环形限位槽二；环形限位槽一位于环形限位槽二内，并与环形限位槽二为同心圆；环形限位槽一内设有鞋体支撑架；环形限位槽二内设有环形支架；环形限位槽一内侧的上顶件下侧设有紫光灯；鞋体支撑架圆周方向成十字形设有4个连接杆，4个连接杆分别连接一个鞋体夹持杆；鞋体夹持杆上下两端分别设置一个脉冲发生器。

所述的紫光灯外设有有机玻璃灯罩。

所述的环形支架为上顶件及其所连接的四个支撑套筒上、其上所嵌的四只竖式毛刷的支撑架，对上顶件及其上附装置起限位支撑作用。

所述的连接杆水平设置，鞋体夹持杆与连接杆垂直连接。

所述从动轴齿轮以主电机为中心呈对称分布。

所述的鞋体支撑杆和脉冲发生器组成鞋体夹持装置。

所述的脉冲发生器和竖式毛刷组成鞋体清洗装置。

所述的有机玻璃灯罩和紫光灯组成灭菌消毒装置。

所述的上顶件的箱体中还设有自动控制系统，自动控制系统主要基于STM32单片机，STM32单片机通过串口信号线与主电机相连； STM32单片机通过串口信号线与紫光灯相连；STM32单片机通过串口信号线与嵌于上顶件上表面的控制面板相连，以上组成自动控制系统。

利用基于仿生学的新型鞋体全方位清洗装置洗鞋的方法，包括以下步骤：

步骤1，打开锁紧搭扣，将上顶件从清洗缸体中取出；取出鞋体支撑架及其上的四个鞋体夹持件杆，将待清洗的鞋体对称的固定于鞋体夹持件杆上，一次可以清洗两双鞋子；

步骤2，将鞋体支撑架和上顶件依次再次放入清洗缸体中，然后向清洗缸体中注水；鞋体支撑架及其上所固定的四个鞋体夹持杆装配进清洗缸体后，需要与四只竖式毛刷呈错位摆放；重新锁紧锁紧搭扣；

步骤3，在上顶件的控制面板上，根据放入的鞋体选择对应的清洗模式，自动控制系统根据对应的提前预设的清洗数据控制整个清洗流程，清洗流程包括：清洗强度、清洗时间、灭菌消毒；

步骤4，清洗结束，打开锁紧搭扣，取出鞋子。

本发明的有益效果如下：

鞋体夹持装置，利用夹持装置材料自身的弹性，在保证夹持强度和自身强度的同时，可以适应正常鞋体尺码范围内的全部尺码。同时在夹持装置的内部，装有脉冲发生器，可以产生经过调制的脉冲振动，使鞋体内部在微震波负压的影响下形成不同程度的机械应力,进而经过周边水流流动对鞋面上的污垢进行剥离、分化达到鞋体内部清洁的目的。

鞋体清洗装置主要对人工洗鞋方式进行了仿生学的应用：利用对凸轮机构的结构设计，将从动齿轮的圆周运动转化成了模拟人工洗鞋时毛刷的往复运动。同时，通过对行星齿轮机构的结构设计，使机顶盖内主电机的动力均匀高效的传递至四个从动轴系。所述从动轴齿轮以主电机为中心呈对称分布。此种布局既增加了系统的可控性和稳定性，又能提高系统的能量利用效率和清洗效率。

灭菌消毒部分利用常用的紫光灯为主要功能体，区别于使用药液或者晾晒的方式，可避免残留和二次污染，同时节约了时间成本。在本发明专利中，为了避免紫光灯的过度照射对人体所产生的危害，同时也是为了使灭菌的效率最大化，灭菌消毒部分被密封在系统中心密闭的有机玻璃柱内，等清洗指令(需盖下顶盖)被触发后方可打开。

自动控制部分采用基于STM32单片机框架，对系统中所涉及到的所有控制部分进行自动控制。用户在控制面板上输入清洗某类鞋子的指令后，处理器接受指令后根据提前预设的清洗模式(强度)控制机械结构部分开始对鞋体进行清洗(竖式毛刷往复运动、夹持装置脉冲振动)，同时，紫外灯开启。由于清洗过程中，水中会有杂质，透光性不好，待清洗结束后，继续紫外线照射，进行灭菌消毒。同时，对于有其他使用习惯的用户，也可进行手动操作。

为适用于不同消费水平的人群，本发明采用模块化设计，可以通过加装不同的辅助性模块来实现不同的性能要求。使本发明对于任意消费水平和需求的人都具有吸引力，拓宽该产品的市场前景。

清洗过程中以水作为清洗介质，本发明专利中的所有涉电部分，包括主电机、紫光灯、自动控制部分、电源，均做防水处理。

本发明专利旨在提供一种新型可清洗鞋体内部并可灭菌杀毒的鞋体清洗系统。通过对行星齿轮机构的结构设计，能使上顶件内主电机的动力均匀高效的传递至四个从动轴系；同时利用凸轮原理，模拟人工刷鞋动作；在清洗过程中，利用紫光灯所发射的紫外线作用于微生物的DNA，破坏其DNA结构；有效的解决了现有洗鞋机的清洗效率低下、损伤鞋体、不能清洗鞋体内部和灭菌消毒等问题。

1)本发明以人为本，可以将人的双手从洗鞋的冰冷肥皂水中解放出来；

2)本发明可以提高洗鞋效率，节约使用者的时间成本；

3)本发明可以对大部分材质鞋体(皮革除外)进行清洗，从而大大提高其实用性；

4)本发明可让清洗鞋子变得更加科学化，不损伤鞋体，从而延长鞋子的使用寿命；

5)本发明可以对鞋体杀毒灭菌，使使用者享受更加健康舒适的生活。

本发明可实现对不同材质鞋体(除皮鞋外)均可清洗、可对鞋体内部进行清洗并可灭菌杀毒的目的，提高了鞋体清洗领域的自动化程度，同时填补国内鞋体清洗领域尚未成熟的市场空间，具有重要的现实意义。

附图说明

图1本发明清洗方法流程图。

图2a本发明清洗装置的结构示意图。

图2b为图2a的A-A向视图。

图2c为图2b的b-b向视图。

图3a本发明专利清洗系统动力配给部分轴结构示意图。

图3b为本发明专利清洗系统动力配给部分轴的主视图。

图3c为本发明专利清洗系统动力配给部分轴俯视图。

图4本发明专利清洗系统清洗件部分装配轴侧视图。

图5a本发明专利清洗系统清洗缸体轴侧剖视图。

图5b本发明图5b的发视图。

图5c本发明图5b的A-A向视图。

图6a本发明专利清洗系统鞋体支撑架结构示意图。

图6b本发明图6a的俯视图。

图7本发明专利自动控制系统控制面板示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图2a～图2c、图3a～图3c、图4、图5a～图5c、图6a～图6b，一种基于仿生学的新型鞋体全方位清洗装置，包括有清洗缸体8和设在清洗缸体8上的上顶件4；上顶件4内腔中设有与主电机2相连的主动齿轮3；上顶件4上表面嵌有控制面板20；主动齿轮3 四周分别与四个从动齿轮1相啮合；从动齿轮1下侧通过凸轮机构 15与支撑套筒上6的上端相连；支撑套筒上6的下端套在支撑套筒下9的外部；支撑套筒上6的外侧设有竖式毛刷7；在清洗缸体8的底板上设有环形限位槽一17和环形限位槽二18；环形限位槽一17 位于环形限位槽二18内，并与环形限位槽二18为同心圆；环形限位槽一17内设有鞋体支撑架12；环形限位槽二18内设有环形支架5；环形限位槽一17内侧的上顶件4下侧设有紫光灯11；鞋体支撑架12 圆周方向成十字形设有4个连接杆，4个连接杆分别连接一个鞋体夹持杆19；鞋体夹持杆19上下两端分别设置一个脉冲发生器13。

所述的紫光灯11外设有有机玻璃灯罩10。

所述的环形支架5为上顶件4及其所连接的四个支撑套筒上6、其上所嵌的四只竖式毛刷7的支撑架，对上顶件4及其上附装置起限位支撑作用。

所述的环形限位槽二18。

所述的连接杆水平设置，鞋体夹持杆19与连接杆垂直连接。

所述从动轴齿轮以主电机2为中心呈对称分布。

所述的鞋体支撑杆19和脉冲发生器13组成鞋体夹持装置。

所述的脉冲发生器13和竖式毛刷7组成鞋体清洗装置。

所述的有机玻璃灯罩10和紫光灯11组成灭菌消毒装置。

上顶件4与上顶件4的下底板通过锁紧搭扣16紧固。

所述的上顶件4的箱体中还设有自动控制系统，自动控制系统主要基于STM32单片机，STM32单片机通过串口信号线与主电机2相连； STM32单片机通过串口信号线与紫光灯11相连；STM32单片机通过串口信号线与嵌于上顶件上表面的控制面板20相连，以上组成自动控制系统。

本发明所述系统的动力传输部分如图3c俯视图所示，四个从动齿轮1以主电机2及主动齿轮3为中心呈对称分布。通过对行星齿轮机构的结构设计，使上顶件4内的主电机2的动力均匀高效的传递至四个从动齿轮1。该部分通过具体的结构设计内嵌于上顶件4中，上顶件4预留电源接入口。

本发明所述系统中鞋体清洗部分如图2a～图2c所示，对于鞋体外部污渍，主要通过数组竖式毛刷7沿标准笛卡尔坐标系Y轴进行上下往复运动，模拟人手工洗鞋过程，使竖式毛刷7与鞋体产生摩擦，进而达到清洗效果。同时，对于鞋体内部的污渍以及细菌等，则主要通过鞋体夹持杆19上的脉冲发生器13产生经过调制的脉冲振动，使鞋体内部在微震波负压的影响下形成不同程度的机械应力,进而经过周边水流流动对鞋面上的污垢进行剥离、分化达到鞋体内部清洁的目的。该鞋体清洗部分的往复运动，是通过凸轮机构15的设计，将从动齿轮1的圆周运动转化成为了轴向的竖直往复运动，进而由凸轮机构15带动嵌于支撑套筒上6上的竖式毛刷7做竖直往复运动。

本发明所述系统中灭菌杀毒部分如图4所示，有机玻璃灯罩10 内置一只紫光灯11，其二者均居中固定在上顶件4上。在清洗时，自动控制系统控制紫光灯11打开，通过紫光灯所发射的紫外线作用于微生物的DNA，破坏其DNA结构，将鞋体上附着的细菌杀灭。

参见图2a～图2c、图3a～图3c、图4，四个支撑套筒下9均匀分布于清洗缸体8下圆底面上，其主要和固定于上顶件4的四个支撑套筒上6进行嵌套配合，为四个支撑套筒上6提供导向和支撑的作用。而位于清洗缸体8下圆底面最中心的两个圆槽：环形限位槽一17和环形限位槽二18则分别用于对环型支架5和鞋体支撑架12进行限位。其中，环型支架5为上顶件4及其所连接的所有清洗件(包括四个支撑套筒上6及其上所嵌的四只竖式毛刷7)的支撑架，对上顶件4及其上附装置起限位支撑作用；鞋体支撑架12为四个鞋体夹持杆19的固定件和支撑架，对四个鞋体夹持杆19起固定和支撑作用。

另外，由于在实际的清洗过程中会用到水作为清洗介质，因为需要对系统中所有涉电部分(例如：主电机2、紫光灯11等)全部做防水处理。需要说明的是：其中密封橡胶垫14起密封上顶件4和清洗缸体8的作用。

为了达到对不同材质鞋体(除皮鞋外)均可清洗、可对鞋体内部进行清洗并可灭菌杀毒的目的，使用者可以在控制终端选择不同的清洗模式，因此，本发明专利提供一种新型的鞋体全方位清洗系统的使用方法(参见图1)，具体步骤为：

步骤1，打开锁紧搭扣16，将上顶件4从清洗缸体8中取出；取出鞋体支撑架12及其上的四个鞋体夹持件杆19，将待清洗的鞋体对称的固定于鞋体夹持件杆19上，一次可以清洗两双鞋子；

步骤2，将鞋体支撑架12和上顶件4依次再次放入清洗缸体8 中，然后向清洗缸体8中注水；鞋体支撑架12及其上所固定的四个鞋体夹持杆19装配进清洗缸体8后，需要与四只竖式毛刷7呈错位摆放；重新锁紧锁紧搭扣16；

步骤3，在上顶件4的控制面板20上，根据放入的鞋体选择对应的清洗模式，自动控制系统根据对应的提前预设的清洗数据控制整个清洗流程，清洗流程包括：清洗强度、清洗时间、灭菌消毒；

步骤4，清洗结束，打开锁紧搭扣16，取出鞋子。

以上所述，仅为本发明专利较佳的具体实施方式，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明专利的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于仿生学的鞋体清洗装置，包括有清洗缸体（8）和设在清洗缸体（8）上的上顶件（4）；其特征在于，上顶件（4）内腔中设有主电机（2）、主动齿轮（3）、四个从动齿轮（1）、凸轮机构（15），主电机（2）与主动齿轮（3）相连；主动齿轮（3）四周分别与四个从动齿轮（1）相啮合；清洗缸体中设有支撑套筒上（6）和支撑套筒下（9），从动齿轮（1）下侧通过凸轮机构（15）与支撑套筒上（6）的上端相连；支撑套筒上（6）的下端套在支撑套筒下（9）的外部；支撑套筒上（6）的外侧设有竖式毛刷（7）；在清洗缸体（8）的底板上设有环形限位槽一（17）和环形限位槽二（18）；环形限位槽一（17）位于环形限位槽二（18）内，并与环形限位槽二（18）为同心圆；环形限位槽一（17）内设有鞋体支撑架（12）；环形限位槽二（18）内设有环形支架（5）；环形限位槽一（17）内侧的上顶件（4）下侧设有紫光灯（11）；鞋体支撑架（12）圆周方向成十字形设有4个连接杆，4个连接杆分别连接一个鞋体夹持杆（19）；鞋体夹持杆（19）上下两端分别设置一个脉冲发生器（13）。

2.根据权利要求1所述的一种基于仿生学的鞋体清洗装置，其特征在于，所述的紫光灯（11）外设有有机玻璃灯罩（10）。

3.根据权利要求1所述的一种基于仿生学的鞋体清洗装置，其特征在于，所述的环形支架（5）为上顶件（4）及其所连接的四个支撑套筒上（6）、其上所嵌的四只竖式毛刷（7）的支撑架，对上顶件（4）及其上附装置起限位支撑作用。

4.根据权利要求1所述的一种基于仿生学的鞋体清洗装置，其特征在于，所述的连接杆水平设置，鞋体夹持杆（19）与连接杆垂直连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于仿生学的鞋体清洗装置，其特征在于，所述从动齿轮以主电机（2）为中心呈对称分布。

6.根据权利要求1所述的一种基于仿生学的鞋体清洗装置，其特征在于，所述的上顶件（4）的箱体中还设有自动控制系统，自动控制系统主要基于STM32单片机，STM32单片机通过串口信号线与主电机（2）相连；STM32单片机通过串口信号线与紫光灯（11）相连；STM32单片机通过串口信号线与嵌于上顶件上表面的控制面板（20）相连。

7.利用权利要求1-6任一项所述的基于仿生学的鞋体清洗装置洗鞋的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，打开锁紧搭扣（16），将上顶件（4）从清洗缸体（8）中取出；取出鞋体支撑架（12）及其上的四个鞋体夹持杆（19），将待清洗的鞋体对称的固定于鞋体夹持杆（19）上；

步骤2，将鞋体支撑架（12）和上顶件（4）依次再次放入清洗缸体（8）中，然后向清洗缸体（8）中注水；鞋体支撑架（12）及其上所固定的四个鞋体夹持杆（19）装配进清洗缸体（8）后，需要与四只竖式毛刷（7）呈错位摆放；重新锁紧锁紧搭扣（16）；

步骤3，在上顶件（4）的控制面板（20）上，根据放入的鞋体选择对应的清洗模式，自动控制系统根据对应的提前预设的清洗数据控制整个清洗流程，清洗流程包括：清洗强度、清洗时间、灭菌消毒；

步骤4，清洗结束，打开锁紧搭扣（16），取出鞋子。

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