CN110185764A - 一类实现压页及无障碍翻页的设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一类应用具有“解除压力‑直线上升‑正向旋转‑反向旋转‑直线下降‑下压并保持压力”或“解除压力‑旋转上升‑旋转下降‑下压并保持压力”功能的机械装置实现压页及无障碍翻页的设备，给出了所应用机械装置的结构及原理，以实例形式说明了实现压页及无障碍翻页可能的触发逻辑和各个所应用机械装置压点的动作顺序。
Description
技术领域
本发明属于传动设备设计制造领域，具体涉及一类使用单一动力机实现“解除压力-直线上升-正向旋转-反向旋转-直线下降-下压并保持压力”的高机械耦合机械装置；和另一类实现“解除压力-旋转上升-旋转下降-下压并保持压力”的高机械耦合机械装置。
背景技术
随着科技日益进步，电子书的阅读越来越大众化，电子书具备携带方便、书籍存储量大、翻页方便等优点。但纸质书也有长期存在的必要性。由于版权问题导致很多书籍只有纸质版，人们对于长期使用、需认真阅读的书籍，仍旧偏好纸质书籍；电子书屏幕尺寸较小、字体较小，阅读起来眼睛容易疲劳；尤其是乐器演奏者在面对乐谱演奏时，眼睛相对于乐谱是动态的且距离较远，眼睛更容易疲劳，更加需要纸质的乐谱书。通过调研发现，目前纸质书在学校、乐器演奏等场合，经典阅读或研读等情况下还是主流。总的来说，在未来较长时期内，纸质书阅读仍将是基本的阅读方式。
但纸质书阅读有时需要用手稳定书本，长时间阅读手会比较累。乐器演奏时，乐谱书直立在谱台上,书页失去重力作用需要固定；但现有的各种固定方法又造成了翻页困难，需双手的几个动作才能完成翻页。因此，市场上需要一种具备书页固定功能、翻页更方便的设备。
市场调查结果显示，目前市场上没有针对普通纸质书的这类设备，同时在市场调查中发现，即使手动翻页，只要设备能够自动完成对书页的施压、解除施压状态、避让翻动的书页等机械动作，保持在翻页前、翻页过程中和翻页后书本的稳定，实现类似书页在没有任何翻页障碍下的自然手动翻页过程，就能获得市场需求。
考虑到手动翻页过程中，压页及无障碍翻页设备的压点不能对手及书页有干涉，技术方案中对压点的动作要求是：解除压力-直线上升-正向旋转90°后停止（此时手和翻动的书页越过压页及无障碍翻页设备某压点的运动范围）- 反向旋转90°-直线下降-下压并保持压力；或者是：解除压力-旋转上升90°（此时手和翻动的书页越过压页及无障碍翻页设备某压点的运动范围）-旋转下降-下压并保持压力。压点的机械响应要快，能够跟随翻页手及时动作。
对于“解除压力-直线上升-正向旋转-反向旋转-直线下降-下压并保持压力”的机械装置，本人发明专利“一种实现升降旋转动作的机械机构”（ZL 2013 1 0490632.6）权利要求1的机械机构，能够满足“直线上升-正向旋转-反向旋转-直线下降-下压”这部分功能要求。
另外通过调研发现，目前存在的机械设备，要实现“直线上升-正向旋转-反向旋转-直线下降-下压”动作，并在断开动力后实现位置锁定及对施压对象压力的保持，都是使用导轨+自锁螺杆+转台+动力机、导轨+非自锁螺杆+转台+动力机+刹车、非螺杆直线传动机构+转台+刹车的方案。这些方案有这些优点：第一，如使用直线导轨进行导向、滚珠丝杠传动、驱动电机带码盘，定位精度很高，机械效率高；第二，由于使用导轨进行导向及承载，负载能力高；第三，由于使用独立的转台实现旋转功能，精度和负载能力高。
技术问题
由于现有机械设备要实现升降旋转两个维度的机械运动，基本上是在平移运动中使用导轨，在旋转运动中使用转台；这降低了设备的动态响应能力、增加了设备的体积、复杂程度和成本，降低了设备的可靠性。
现有设备如果要在无动力状态下保持对施压对象的压力，则会带来另外一些问题。
如使用非自锁螺杆传动，则有下列缺点：第一，需要添加刹车装置及其控制功能，需要额外的安装空间；第二，刹车装置由刹车状态到解除刹车状态的相互转换过程，需要几十毫秒或更长时间，不能满足较高的时间响应要求且增加了运行功耗；第三，需要定期维护，以保证稳定性和可靠性；第四，刹车装置增加了设备的复杂程度和成本。
如使用自锁螺杆传动，螺纹升角应小于等于当量摩擦角，但此时螺杆传动效率较低，这提高了对动力机功率的要求，从而导致设备体积、运行功耗和成本的增加。
因此，在要求毫秒级时间响应，传动效率较高，对施压对象施加压力且动力机停止动力输出后能够自锁的应用场合，例如，压页及无障碍翻页设备，就需要研发一些新的机械装置，来满足这些要求。
发明内容
为了在同一动力机驱动下实现更快的平移运动时间响应和旋转运动时间响应，进一步提高机构的可靠性和机械效率，在本人完成发明专利“一种实现升降旋转动作的机械机构”（ZL 2013 1 0490632.6）权利要求1机械机构后，继续研发了“全轨道融合体（基座一+相应螺杆机构）”、“轨道+螺套挡圈（基座二+相应螺杆机构）”这两种单一动力机实现升降旋转动作的机械机构。
本发明分别在本人发明专利“一种实现升降旋转动作的机械机构”（ZL 2013 10490632.6）权利要求1、“全轨道融合体（基座一+相应螺杆机构）”、“轨道+螺套挡圈（基座二+相应螺杆机构）” 机械机构基础上增加了压点连接杆、压点、动力机，并根据压点连接杆横梁长度和螺套长度等参数，得到了压点对施压对象施加压力且动力机停止对螺杆输出动力后，压点能够实现螺杆轴向自锁的螺杆、螺套临界螺纹升角——即综合自锁角；在压点对施压对象施加压力且动力机停止对螺杆输出动力的情况下，当螺杆、螺套的螺旋升角小于等于综合自锁角时，可以保持压点对施压对象的压力，当螺杆、螺套的螺旋升角大于综合自锁角时，可以使用刹车装置保持压点对施压对象的压力；由此，构成了一类单一动力机实现“解除压力-直线上升-正向旋转-反向旋转-直线下降-下压并保持压力”的机械装置。
对于“解除压力-旋转上升-旋转下降-下压并保持压力”的机械功能要求，本人研发了由基座、蜗杆、蜗轮、蜗轮轴、压点、压点连接杆和动力机构成的机械装置。
实现上述“解除压力-直线上升-正向旋转-反向旋转-直线下降-下压并保持压力”和“解除压力-旋转上升-旋转下降-下压并保持压力”机械功能的具体机械装置，均能独立地应用于本申请的压页及无障碍翻页设备，其各自独立的技术特征，分别体现在本申请权利要求2至权利要求5中。以这些具体的机械装置为基础，增加由传感器、驱动器、控制器构成的控制装置，即可构成压页及无障碍翻页的设备。
本发明的实现“解除压力-直线上升-正向旋转-反向旋转-直线下降-下压并保持压力”的机械装置一，由基座一、螺杆、螺套、螺套导向台、压点、压点连接杆、动力机、主动轮、传动机构和从动轮构成，动力机固定在基座一上，主动轮固定安装在动力机上，从动轮固定安装在螺杆上，主动轮通过传动机构与从动轮连接；其中，螺杆、螺套的螺旋升角小于等于综合自锁角时可实现压点关于螺杆轴向的自锁，基座一上有一组导向面：直导面一、直导面二、旋导面一、旋导面二，各个导向面全部产生于与基座一固连的相同或不同的零部件，或全部产生于基座一，或一部分产生于与基座一固连的相同或不同的零部件、另一部分产生于基座一，直导面一与螺杆轴线平行或直导面一经过延展后包含螺杆轴线，直导面二与螺杆轴线平行或直导面二经过延展后包含螺杆轴线，螺套上有一个螺套导向台，螺套导向台是与螺套固连的独立零部件或是产生于螺套本身的螺套特征，基座一、导向面、螺杆、螺套和螺套导向台之间由三个运动副构成运动关系，第一个是连接于基座一与螺杆之间的转动副，第二个是连接于螺杆与螺套之间的螺旋副，第三个是连接于导向面与螺套导向台之间的摩擦副，螺杆通过转动副安装在基座一上，螺杆与螺套通过螺旋配合安装，螺套导向台通过摩擦副与导向面接触，压点连接杆固定安装在螺套上，压点是固定安装在压点连接杆上的独立零部件或是同压点连接杆一体加工出来的整体零部件的一部分。
在螺杆上施加正向转矩时（正向转矩大于解除压点关于螺杆轴向自锁状态所需转矩或已经解除刹车状态），螺杆推动螺套沿着直导面一上升，当上升到直导面一顶端时，螺套导向台与旋导面一接触，螺杆对螺套产生的围绕螺杆轴线的旋转分力与旋导面一对螺套产生的围绕螺杆轴线的旋转分力同向，形成螺套的旋转力，螺杆对螺套产生的螺杆轴向分力克服旋导面一对螺套产生的螺杆轴向分力,形成螺套的轴向力，在旋转力和轴向力的综合作用下，螺套沿着旋导面一正向旋转上升直到螺套导向台到达旋导面二上端停止；在螺杆上施加反向转矩时，其运动原理与施加正向转矩的运动原理相同，螺杆推动螺套沿着旋导面二反转下降，当脱离旋导面二并接触上直导面二后，沿着直导面二下降，直到压点接触施压对象时，对施压对象施加压力；当动力机停止对螺杆输出动力后，若螺杆、螺套的螺纹升角小于等于综合自锁角，压点对施压对象的压力即可得以保持，若螺杆、螺套的螺纹升角大于综合自锁角，可使用刹车装置保持压点对施压对象的压力。
本发明的实现“解除压力-直线上升-正向旋转-反向旋转-直线下降-下压并保持压力”的机械装置二，由基座二、螺杆、螺套挡圈、螺套、螺套导向台、压点、压点连接杆、动力机、主动轮、传动机构和从动轮构成，动力机固定在基座二上，主动轮固定安装在动力机上，从动轮固定安装在螺杆上，主动轮通过传动机构与从动轮连接；其中，螺杆、螺套的螺旋升角小于等于综合自锁角时可实现压点关于螺杆轴向的自锁，基座二上有一组导向面：直导面一、直导面二、旋导面二，各个导向面全部产生于与基座二固连的相同或不同的零部件，或全部产生于基座二，或一部分产生于与基座二固连的相同或不同的零部件、另一部分产生于基座二，直导面一与螺杆轴线平行或直导面一经过延展后包含螺杆轴线，直导面二与螺杆轴线平行或直导面二经过延展后包含螺杆轴线，螺套上有一个螺套导向台，螺套导向台是与螺套固连的独立零部件或是产生于螺套本身的螺套特征，基座二、导向面、螺杆、螺套和螺套导向台之间由三个运动副构成运动关系，第一个是连接于基座二与螺杆之间的转动副，第二个是连接于螺杆与螺套之间的螺旋副，第三个是连接于导向面与螺套导向台之间的摩擦副，螺杆通过转动副安装在基座二上，螺杆与螺套通过螺旋配合安装，螺套导向台通过摩擦副与导向面接触，螺套挡圈固定在螺杆上，压点连接杆固定安装在螺套上，压点是固定安装在压点连接杆上的独立零部件或是同压点连接杆一体加工出来的整体零部件的一部分。
在螺杆上施加正向转矩时（正向转矩大于解除压点关于螺杆轴向自锁状态所需转矩或已经解除刹车状态），螺杆推动螺套沿着直导面一上升，当上升到直导面一顶端时解除约束，螺套同时正转及上升，由于旋导面二关于螺杆轴向的长度是根据螺纹升角、螺套及与螺套固连相关部件的总质量和综合转动惯量等参数确定的，以使旋导面二增加螺套在反向旋转下降过程中的旋转速度，所以螺套在正转且无旋导面增加其旋转速度的情况下，螺套导向台到达旋导面二之前，螺套必先接触螺套挡圈并与螺杆结为一体，螺套和螺杆在动力机传递给螺杆的转矩以及从动力机到螺杆的综合旋转动能的作用下一起正转到螺套导向台到达旋导面二上端停止；在螺杆上施加反向转矩时，螺杆对螺套产生的围绕螺杆轴线的旋转分力与旋导面二对螺套产生的围绕螺杆轴线的旋转分力同向，形成螺套的旋转力，螺杆对螺套产生的螺杆轴向分力克服旋导面二对螺套产生的螺杆轴向分力形成螺套的轴向力，在旋转力和轴向力的综合作用下，螺套沿着旋导面二反向旋转下降，当脱离旋导面二并接触上直导面二后，沿着直导面二下降，直到压点接触施压对象时，对施压对象施加压力；当动力机停止对螺杆输出动力后，若螺杆、螺套的螺纹升角小于等于综合自锁角，压点对施压对象的压力即可得以保持，若螺杆、螺套的螺纹升角大于综合自锁角，可使用刹车装置保持压点对施压对象的压力。
本发明的实现“解除压力-直线上升-正向旋转-反向旋转-直线下降-下压并保持压力”的机械装置三，包括基座三、螺杆、螺套挡圈、螺套回转架、螺套、扭转弹簧、弹簧柱塞、压点、压点连接杆、动力机、主动轮、传动机构和从动轮，动力机固定在基座三上，主动轮固定安装在动力机上，从动轮固定安装在螺杆上，主动轮通过传动机构与从动轮连接；其中，螺杆、螺套的螺旋升角小于等于综合自锁角时可实现压点关于螺杆轴向的自锁，基座三、螺杆、螺套、螺套回转架之间由4个运动副构成运动关系，第一个是连接于基座三与螺杆之间的转动副，第二个是连接于螺杆与螺套之间的螺旋副，第三个是连接于螺套与螺套回转架之间的移动副，第四个是连接于螺杆与螺套回转架之间的转动副；螺杆通过转动副安装在基座三上，螺杆与螺套通过螺旋配合安装，螺套挡圈固定在螺杆上，螺套回转架通过转动副安装在螺杆上，螺套回转架又通过移动副与螺套相连接，扭转弹簧与螺杆同轴配合安装，一端固定在基座三上，另一端与螺套回转架固定，弹簧柱塞固定安装在基座三上，压点连接杆固定安装在螺套上，压点是固定安装在压点连接杆上的独立零部件或是同压点连接杆一体加工出来的整体零部件的一部分。
在螺杆上施加与扭转弹簧转矩反向的转矩（该转矩大于解除压点关于螺杆轴向自锁状态所需转矩或已经解除刹车状态），螺套以在平衡位置的螺套回转架为导向上升，在接触到螺套挡圈时，螺套和螺杆结为一体，螺杆上的驱动转矩克服扭转弹簧转矩使螺套正向旋转到位且动力机停止对螺杆输出动力后，弹簧柱塞约束螺套的旋转以克服扭转弹簧转矩并保持位置；当在螺杆上施加反向转矩时，螺套沿螺杆轴向下降一段微小距离，螺套即脱离弹簧柱塞的旋转约束，扭转弹簧带动螺套回转架及螺套反向旋转到平衡位置，螺套以螺套回转架为导向下降，直到压点接触施压对象时，对施压对象施加压力；当动力机停止对螺杆输出动力后，若螺杆、螺套的螺纹升角小于等于综合自锁角，压点对施压对象的压力即可得以保持，若螺杆、螺套的螺纹升角大于综合自锁角，可使用刹车装置保持压点对施压对象的压力。
本发明的实现“解除压力-旋转上升-旋转下降-下压并保持压力”的机械装置，包括基座四、蜗杆、蜗轮、蜗轮轴、压点、压点连接杆和动力机，动力机与基座四固定安装；其中，蜗杆、蜗轮的螺旋升角小于等于当量摩擦角，基座四、蜗杆、蜗轮和蜗轮轴之间由二个运动副构成运动关系，第一个是连接于基座四与蜗轮轴之间的转动副，第二个是连接于蜗杆与蜗轮之间的蜗轮副；蜗轮轴通过转动副安装在基座四上，蜗杆与蜗轮通过蜗轮副配合安装，蜗轮和压点连接杆均固定安装在蜗轮轴上，压点是固定安装在压点连接杆上的独立零部件或是同压点连接杆一体加工出来的整体零部件的一部分。
在蜗杆上施加大于解除蜗杆蜗轮自锁状态所需转矩的正向转矩，蜗杆驱动蜗轮正向旋转并带动压点连接杆和压点进行旋转上升动作，当动力机输出反向转矩时，蜗杆驱动蜗轮反向旋转并带动压点连接杆和压点旋转下降，直到压点接触施压对象时，对施压对象施加压力；因蜗杆、蜗轮的螺旋升角小于等于当量摩擦角，当动力机停止对蜗杆输出动力后，压点对施压对象的压力得以保持。
有益效果
由于可以不使用转台和刹车装置实现设备所应用机械装置的特定功能，从而简化了机械装置和设备，使压点完成解除压力、避让、下压并保持压力的过程变得更加迅速，提高了压点的动态响应性能，消除了转台和刹车装置带来的故障环节，提高了设备可靠性，降低了设备成本，使设备更加轻便；设备中各个机械装置能够跟随翻页手的动作实现相应的机械装置功能以避让被翻动的书页，机械装置的压点在动力机停止动力输出后，仍能将书页压紧在放置书本的机械结构上。
附图说明
图1为本发明实现压页及无障碍翻页的设备的逻辑一示意图；
图2为本发明实现压页及无障碍翻页的设备的逻辑二示意图；
图3为本发明实现压页及无障碍翻页的设备的逻辑三示意图；
图4为本发明实现压页及无障碍翻页的设备的逻辑四示意图；
图5为本发明实现压页及无障碍翻页的设备的逻辑五示意图；
图6为本发明实现压页及无障碍翻页的设备的逻辑六示意图；
图7为本发明实现压页及无障碍翻页的设备的逻辑七示意图。
图8为本发明设备应用的机械装置一的结构示意图；
图9为本发明设备应用的机械装置一的结构示意图；
图10为本发明设备应用的机械装置二的结构示意图；
图11为本发明设备应用的机械装置二的结构示意图；
图12为本发明设备应用的机械装置三的结构示意图；
图13为本发明设备应用的机械装置三的结构示意图；
图14为本发明设备应用的机械装置四的结构示意图；
图15为本发明设备应用的机械装置四的结构示意图；
图中：1-基座一、2-基座二、3-基座三、4-基座四、5-直导面一、6-直导面二、7-过渡面、8-旋导面一、9-旋导面二、10-螺杆、11-螺套、12-螺套导向台、13-螺套挡圈、14-螺套回转架、15-扭转弹簧、16-弹簧柱塞、17-蜗杆、18-蜗轮、19-蜗轮轴、20-压点连接杆、21-压点、22-动力机、23-主动轮、24-传动机构、25-从动轮、26-一号传感器、27-二号传感器、28-三号传感器、29-四号传感器、30-一号装置、31-二号装置、32-三号装置、33-四号装置、34-底板、35-背板、36-书本。
具体实施方式
首先对本申请中所用的一些词语、附图标记、附图、以及实施例中的一些用语进行一下说明。
在本申请的说明书和权利要求书中，“包括”、“包含”“”、“由……构成”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义，也就是说，是“包括但不限于”的含义。
“上”为沿轴向方向向上的方位，“下”为沿轴向方向向下的方位。
在本申请的各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
压点连接杆横梁长度定义为压点对施压对象施加压力的中心点到螺杆轴线的距离。
轨道槽一：位于基座一1上，由直导面一5、直导面二6、旋导面一8及旋导面二9构成，直导面一5与旋导面二9、直导面二6与旋导面一8均为相交过渡；轨道槽二：位于基座二2上，由直导面一5、直导面二6、过渡面7及旋导面二9构成，直导面一5与旋导面二9相交过渡；轨道槽一和轨道槽二中的直导面一5、直导面二6分别与螺杆10轴线平行或经过延展后包含螺杆10轴线；螺套11上有一个螺套导向台12，螺套导向台12是与螺套11固连的独立零部件或是产生于螺套11本身的螺套11特征，螺套导向台12与轨道槽一或轨道槽二之间可以使用滑动或滚动摩擦副。
压点21是固定安装在压点连接杆20上的独立零部件。
实施例1至实施例4中的螺杆10、螺套11的螺纹升角小于等于综合自锁角。
下面结合附图图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14、图15及相应的实施例，对本发明提出的具有“解除压力-直线上升-正向旋转-反向旋转-直线下降-下压并保持压力”或“解除压力-旋转上升-旋转下降-下压并保持压力”功能的四种机械装置，以及实现压页及无障碍翻页的一种触发逻辑和机械装置压点的动作顺序进行详细说明。
实施例1
如图2所示，是本发明的一种实现压页及无障碍翻页的设备，应用了四个具有“解除压力-直线上升-正向旋转-反向旋转-直线下降-下压并保持压力”功能的机械装置；一号装置30、二号装置31、三号装置32和四号装置33均固定安装在底板34上，书本36放置在底板34和背板35上；一号传感器26、二号传感器27、三号传感器28和四号传感器29均安装在翻页手能有效触发的位置，驱动器、控制器（图中未画出）分别与四个装置上的动力机和传感器连接；常态下四个装置均保持着下压书本36的状态。
如图1所示，一号装置30和二号装置31相同，三号装置32和四号装置33相同；一号装置30和二号装置31与三号装置32和四号装置33的旋转方向相反；一号装置30的压点21称作一号压点、二号装置31的压点21称作二号压点、三号装置32的压点21称作三号压点、四号装置33的压点21称作四号压点，共四个压点；下面详细说明压页及无障碍翻页设备的一种触发逻辑和压点动作顺序。
如图1显示的是本发明设备的四个压点全部上升到顶，并按设定的旋向旋转90°的状态，方便放置已打开到想要阅读书页的书本36。
如图2所示的是书本36在背板35上面摆放好之后，四个压点均下压到书本36的书页上，将书页压紧在背板35上，此时，四个装置均已准备好配合翻页手的翻页动作。
如图3所示，人面向书，当手从右往左翻页时，翻页手触发了一号传感器26的第一信号状态，一号装置30上的一号压点动作，上升到顶并旋转90°，不再压页从而使翻页动作可以继续进行。
在继续的翻页过程中翻页手接着触发了一号传感器26的第二信号状态，一号装置30上的一号压点动作，回转90°并下降到书本36上对书页施加压力，变成如图2所示的状态。一号压点动作完成后，二号装置31上的二号压点动作，上升到顶并旋转90°，如图4所示；二号压点动作完成后，三号装置32上的三号压点动作，上升到顶并旋转90°，如图5所示，二号压点、三号压点不再压页从而使翻页手及书页无障碍翻过。
在继续的翻页过程中翻页手接着触发了三号传感器28的第一信号状态，二号装置31上的二号压点动作，回转90°下降到书本36上对书页施加压力，如图6示，此时翻页手在书本36的中线位置。
在继续的翻页过程中翻页手已经到达四号装置33右侧，翻页手触发了四号传感器29的第一信号状态，三号装置32上的三号压点动作，回转90°下降到书本36上对书页施加压力，变成如图2所示的状态。三号压点动作完成后，四号装置33上的四号压点动作，上升到顶并旋转90°，不再压页从而使翻页动作可以继续进行，如图7所示。
在继续的翻页过程中翻页手已经到达四号装置33左侧，翻页手触发了四号传感器29的第二信号状态，四号装置33上的四号压点动作，回转90°下降到书本36上对书页施加压力，变成如图2所示的状态，翻页过程完成。
此从右往左翻页过程中使用了一号传感器26、三号传感器28和四号传感器29。
当从左往右翻页时，四个机械装置的动作逻辑与从右往左翻页类似，在此翻页过程中使用了四号传感器29、二号传感器27和一号传感器26。
该压页及无障碍翻页设备的各个机械装置跟随翻页手的动作做出相应的升降旋转动作，以避让书本36被翻动的书页，使翻页动作流畅不中断，并使打开的左右两侧书页的任何一侧书页，在翻页过程中的任何时刻均被至少一个机械装置的压点21压紧在背板35上，翻页和非翻页时书本36及其书页均能保持稳定。
实施例2
如图8、图9所示，是本发明的实现“解除压力-直线上升-正向旋转-反向旋转-直线下降-下压并保持压力”的机械装置一，包括基座一1、螺杆10、螺套11、螺套导向台12、压点连接杆20、压点21、动力机22、主动轮23、传动机构24和从动轮25，动力机22固定安装在基座一1上，主动轮23固定安装在动力机22上，从动轮25固定安装在螺杆10上，主动轮23通过传动机构24与从动轮25连接；其中，螺杆10、螺套11的螺旋升角小于等于综合自锁角时可实现螺套11关于螺杆10轴向的自锁；基座一1、螺杆10、螺套11和螺套导向台12之间由三个运动副构成运动关系，第一个是连接于基座一1与螺杆10之间的转动副，第二个是连接于螺杆10与螺套11之间的螺旋副，第三个是连接于基座一1与螺套导向台12之间的摩擦副；螺杆10通过转动副安装在基座一1上，螺杆10与螺套11通过螺旋配合安装，螺套导向台12通过摩擦副与基座一1的轨道槽一其中一侧接触。
在螺杆10上施加大于解除压点21关于螺杆10轴向自锁状态所需转矩的正向转矩，螺杆10推动螺套11沿着轨道槽一的直导面一5上升，当上升到直导面一5顶端时，螺套导向台12与旋导面一8接触，螺杆10对螺套11产生的围绕螺杆10轴线的旋转分力与旋导面一8对螺套11产生的围绕螺杆10轴线的旋转分力同向，形成螺套11的旋转力，螺杆10对螺套11产生的螺杆10轴向分力克服旋导面一8对螺套11产生的螺杆10轴向分力,形成螺套11的轴向力，在旋转力和轴向力的综合作用下，螺套11沿着旋导面一8正向旋转及上升，直到螺套导向台12到达旋导面二9上端停止。
在螺杆10上施加反向转矩时，其运动原理与施加正向转矩的运动原理相同，螺杆10推动螺套11沿着旋导面二9反转及下降，当脱离旋导面二9并接触上直导面二6后，沿着直导面二6下降，直到压点21接触书本36时，对书本36施加压力；因螺杆10、螺套11的螺纹升角小于等于综合自锁角，当动力机22停止对螺杆10输出动力后，压点21对书本36的压力得以保持。
实施例3
如图10、图11所示，是本发明的实现“解除压力-直线上升-正向旋转-反向旋转-直线下降-下压并保持压力”的机械装置二，包括基座二2、螺杆10、螺套11、螺套导向台12、螺套挡圈13、压点连接杆20、压点21、动力机22、主动轮23、传动机构24和从动轮25，动力机22固定安装在基座二2上，主动轮23固定安装在动力机22上，从动轮25固定安装在螺杆10上，主动轮23通过传动机构24与从动轮25连接；其中，螺杆10、螺套11的螺旋升角小于等于综合自锁角时可实现螺套11关于螺杆10轴向的自锁；基座二2、螺杆10、螺套11和螺套导向台12之间由三个运动副构成运动关系，第一个是连接于基座二2与螺杆10之间的转动副，第二个是连接于螺杆10与螺套11之间的螺旋副，第三个是连接于基座二2与螺套导向台12之间的摩擦副；螺杆10通过转动副安装在基座二2上，螺杆10与螺套11通过螺旋配合安装，螺套导向台12通过摩擦副与基座二2的轨道槽二其中一侧接触，螺套挡圈13固定在螺杆10上。
在螺杆10上施加大于解除压点21关于螺杆10轴向自锁状态所需转矩的正向转矩，螺杆10推动螺套11沿着轨道槽二的直导面一5上升，当上升到直导面一5顶端时解除约束，螺套11同时正转及上升，由于旋导面二9关于螺杆10轴向的长度是根据螺纹升角、螺套11及与螺套11固连相关部件的总质量和综合转动惯量等参数确定的，以使旋导面二9增加螺套11在反向旋转下降过程中的旋转速度，故螺套11在正转且无旋导面增加其旋转速度的情况下，螺套导向台12到达旋导面二9之前，螺套11必先接触螺套挡圈13并与螺杆10结为一体，螺套11和螺杆10在动力机22传递给螺杆10的转矩以及从动力机22到螺杆10的综合旋转动能的作用下一起正转，直到螺套导向台12到达旋导面二9上端停止。
在螺杆10上施加反向转矩时，螺杆10对螺套11产生的围绕螺杆10轴线的旋转分力与旋导面二9对螺套11产生的围绕螺杆10轴线的旋转分力同向，形成螺套11的旋转力，螺杆10对螺套11产生的螺杆10轴向分力克服旋导面二9对螺套11产生的螺杆10轴向分力形成螺套11的轴向力，在旋转力和轴向力的综合作用下，螺套11沿着旋导面二9反向旋转下降；当脱离旋导面二9并接触上直导面二6后，沿着直导面二6下降，直到压点21接触书本36时，对书本36施加压力；因螺杆10、螺套11的螺纹升角小于等于综合自锁角，当动力机22停止对螺杆10输出动力后，压点21对书本36的压力得以保持。
实施例4
如图12、图13所示，是本发明的实现“解除压力-直线上升-正向旋转-反向旋转-直线下降-下压并保持压力”的机械装置三，包括基座三3、螺杆10、螺套11、螺套挡圈13、螺套回转架14、扭转弹簧15、弹簧柱塞16、压点连接杆20、压点21、动力机22、主动轮23、传动机构24和从动轮25，动力机22固定在基座三3上，主动轮23固定安装在动力机22上，从动轮25固定安装在螺杆10上，主动轮23通过传动机构24与从动轮25连接；其中，螺杆10、螺套11的螺旋升角小于等于综合自锁角时可实现螺套11关于螺杆10轴向的自锁；基座三3、螺杆10、螺套11、螺套回转架14之间由四个运动副构成运动关系，第一个是连接于基座三3与螺杆10之间的转动副，第二个是连接于螺杆10与螺套11之间的螺旋副，第三个是连接于螺套11与螺套回转架14之间的移动副，第四个是连接于螺杆10与螺套回转架14之间的转动副；螺杆10通过转动副安装在基座三3上，螺杆10与螺套11通过螺旋配合安装，螺套挡圈13固定在螺杆10上，螺套回转架14通过转动副安装在螺杆10上，螺套回转架14又通过移动副与螺套11相连接，扭转弹簧15与螺杆10同轴配合安装，一端固定在基座三3上，另一端与螺套回转架14固定，使螺套回转架14和螺套11在常态下处于平衡位置，弹簧柱塞16固定安装在基座三3上。
在螺杆10上施加大于解除压点21关于螺杆10轴向自锁状态所需转矩并与扭转弹簧15转矩反向的转矩，螺套11以在平衡位置的螺套回转架14为导向上升，在接触到螺套挡圈13时，螺套11和螺杆10结为一体，螺杆10上的驱动转矩克服扭转弹簧15产生的转矩使螺套11正向旋转到位，此时弹簧柱塞16约束螺套11的旋转，在动力机22停止对螺杆10输出转矩，并在扭转弹簧15对螺套11产生反向扭矩的情况下，使螺套11保持位置不动。
在螺杆10上施加反向转矩时，由于螺套11的旋转被弹簧柱塞16约束，螺套11沿螺杆10轴向下降一段微小距离，螺套11即脱离弹簧柱塞16的旋转运动约束，在螺杆10转矩和扭转弹簧15同向转矩的共同作用下，螺套回转架14及螺套11反向旋转到平衡位置，螺套11以螺套回转架14为导向下降，直到压点21接触书本36时，对书本36施加压力；因螺杆10、螺套11的螺纹升角小于等于综合自锁角，当动力机22停止对螺杆10输出动力后，压点21对书本36的压力得以保持。
实施例5
如图14、图15所示，是本发明的实现“解除压力-旋转上升-旋转下降-下压并保持压力”的机械装置，包括基座四4、蜗杆17、蜗轮18、蜗轮轴19、压点连接杆20、压点21和动力机22，动力机22与基座四4固定安装；其中，蜗杆17及蜗轮18的螺旋升角小于等于当量摩擦角，基座四4、蜗杆17、蜗轮18和蜗轮轴19之间由二个运动副构成运动关系，第一个是连接于基座四4与蜗轮轴19之间的转动副，第二个是连接于蜗杆17与蜗轮18之间的蜗轮副；蜗轮轴19通过转动副安装在基座四4上，蜗杆17与蜗轮18通过蜗轮副配合安装，蜗轮18和压点连接杆20均固定安装在蜗轮轴19上，蜗杆17被动力机22驱动。
当动力机22在蜗杆17上施加大于解除蜗杆17蜗轮18自锁状态所需转矩的正向转矩时，蜗杆17驱动蜗轮18正向旋转并带动压点连接杆20和压点21旋转上升；当动力机22对蜗杆17施加反向转矩时，蜗杆17驱动蜗轮18反向旋转并带动压点连接杆20和压点21旋转下降，直到压点21接触书本36时，对书本36施加压力；因蜗杆17、蜗轮18的螺旋升角小于等于当量摩擦角，当动力机22停止对蜗杆17输出动力后，压点21对书本36的压力得以保持。
工业实用性
本发明的单一动力机实现“解除压力-直线上升-正向旋转-反向旋转-直线下降-下压并保持压力”的机械装置、单一动力机实现“解除压力-旋转上升-旋转下降-下压并保持压力”的机械装置，以及应用此两大类机械装置中的具体机械装置的压页及无障碍翻页设备，有如下特点：（1）结构简单紧凑，零件数量少，易于制造和调试，容易实现模块化；（2）一个装置只需一个动力机，驱动、控制的对象少，对驱动器、控制器的要求低；（3）实现机械功能所需的配套装置少，机械效率高，时间响应快；（4）低速及高速均适用，可采用传动效率较高的大导程螺杆，可以承受冲击载荷，刚度好，稳定性高；（5）适应高低温、高电磁等室内外环境，无需润滑措施；（6）可靠性高、制造和运行成本低；（7）压页及无障碍翻页设备使人们在阅读纸质书本时，除翻页过程中要用一只手完成一个翻页动作外，其他时间完全解放双手。
Claims (5)
1.一类应用具有“解除压力-直线上升-正向旋转-反向旋转-直线下降-下压并保持压力”或“解除压力-旋转上升-旋转下降-下压并保持压力”功能的机械装置实现压页及无障碍翻页的设备，该设备所应用的机械装置固定安装在放置书本的机械结构上并受控于由传感器、驱动器、控制器构成的控制装置；其特征在于，传感器安装在翻页手能有效触发的位置，各个所应用的机械装置跟随翻页手的动作实现相应的机械装置功能以避让被翻动的书页，并使打开的左右两侧书页的任何一侧书页在翻页过程中的任何时刻均被至少一个所应用的机械装置的压点压紧在放置书本的机械结构上。
2.根据权利要求1所述的设备，该设备所应用的机械装置由基座一、螺杆、螺套、螺套导向台、压点、压点连接杆、动力机、主动轮、传动机构和从动轮构成，动力机固定在基座一上，主动轮固定安装在动力机上，从动轮固定安装在螺杆上，主动轮通过传动机构与从动轮连接；其特征在于，螺杆、螺套的螺旋升角小于等于综合自锁角时可实现压点关于螺杆轴向的自锁，基座一上有一组导向面：直导面一、直导面二、旋导面一、旋导面二，各个导向面全部产生于与基座一固连的相同或不同的零部件，或全部产生于基座一，或一部分产生于与基座一固连的相同或不同的零部件、另一部分产生于基座一，直导面一与螺杆轴线平行或直导面一经过延展后包含螺杆轴线，直导面二与螺杆轴线平行或直导面二经过延展后包含螺杆轴线，螺套上有一个螺套导向台，螺套导向台是与螺套固连的独立零部件或是产生于螺套本身的螺套特征，基座一、导向面、螺杆、螺套和螺套导向台之间由三个运动副构成运动关系，第一个是连接于基座一与螺杆之间的转动副，第二个是连接于螺杆与螺套之间的螺旋副，第三个是连接于导向面与螺套导向台之间的摩擦副，螺杆通过转动副安装在基座一上，螺杆与螺套通过螺旋配合安装，螺套导向台通过摩擦副与导向面接触，压点连接杆固定安装在螺套上，压点是固定安装在压点连接杆上的独立零部件或是同压点连接杆一体加工出来的整体零部件的一部分。
3.根据权利要求1所述的设备，该设备所应用的机械装置由基座二、螺杆、螺套挡圈、螺套、螺套导向台、压点、压点连接杆、动力机、主动轮、传动机构和从动轮构成，动力机固定在基座二上，主动轮固定安装在动力机上，从动轮固定安装在螺杆上，主动轮通过传动机构与从动轮连接；其特征在于，螺杆、螺套的螺旋升角小于等于综合自锁角时可实现压点关于螺杆轴向的自锁，基座二上有一组导向面：直导面一、直导面二、旋导面二，各个导向面全部产生于与基座二固连的相同或不同的零部件，或全部产生于基座二，或一部分产生于与基座二固连的相同或不同的零部件、另一部分产生于基座二，直导面一与螺杆轴线平行或直导面一经过延展后包含螺杆轴线，直导面二与螺杆轴线平行或直导面二经过延展后包含螺杆轴线，螺套上有一个螺套导向台，螺套导向台是与螺套固连的独立零部件或是产生于螺套本身的螺套特征，基座二、导向面、螺杆、螺套和螺套导向台之间由三个运动副构成运动关系，第一个是连接于基座二与螺杆之间的转动副，第二个是连接于螺杆与螺套之间的螺旋副，第三个是连接于导向面与螺套导向台之间的摩擦副，螺杆通过转动副安装在基座二上，螺杆与螺套通过螺旋配合安装，螺套导向台通过摩擦副与导向面接触，螺套挡圈固定在螺杆上，压点连接杆固定安装在螺套上，压点是固定安装在压点连接杆上的独立零部件或是同压点连接杆一体加工出来的整体零部件的一部分。
4.根据权利要求1所述的设备，该设备所应用的机械装置由基座三、螺杆、螺套挡圈、螺套回转架、螺套、扭转弹簧、弹簧柱塞、压点、压点连接杆、动力机、主动轮、传动机构和从动轮构成，动力机固定在基座三上，主动轮固定安装在动力机上，从动轮固定安装在螺杆上，主动轮通过传动机构与从动轮连接；其特征在于，螺杆、螺套的螺旋升角小于等于综合自锁角时可实现压点关于螺杆轴向的自锁，基座三、螺杆、螺套、螺套回转架之间由4个运动副构成运动关系，第一个是连接于基座三与螺杆之间的转动副，第二个是连接于螺杆与螺套之间的螺旋副，第三个是连接于螺套与螺套回转架之间的移动副，第四个是连接于螺杆与螺套回转架之间的转动副，螺杆通过转动副安装在基座三上，螺杆与螺套通过螺旋配合安装，螺套挡圈固定在螺杆上，螺套回转架通过转动副安装在螺杆上，螺套回转架又通过移动副与螺套相连接，扭转弹簧与螺杆同轴配合安装，一端固定在基座三上，另一端与螺套回转架固定，弹簧柱塞固定安装在基座三上，压点连接杆固定安装在螺套上，压点是固定安装在压点连接杆上的独立零部件或是同压点连接杆一体加工出来的整体零部件的一部分。
5.根据权利要求1所述的设备，该设备所应用的机械装置由基座四、蜗杆、蜗轮、蜗轮轴、压点、压点连接杆和动力机构成，动力机与基座四固定安装；其特征在于，蜗杆、蜗轮的螺旋升角小于等于当量摩擦角，基座四、蜗杆、蜗轮和蜗轮轴之间由二个运动副构成运动关系，第一个是连接于基座四与蜗轮轴之间的转动副，第二个是连接于蜗杆与蜗轮之间的蜗轮副，蜗轮轴通过转动副安装在基座四上，蜗杆与蜗轮通过蜗轮副配合安装，蜗轮和压点连接杆均固定安装在蜗轮轴上，压点是固定安装在压点连接杆上的独立零部件或是同压点连接杆一体加工出来的整体零部件的一部分。
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