CN113439983B - 一种穿脱鞋一体机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了该穿脱鞋一体机，包括穿鞋机构，脱鞋机构和机架，其中脱鞋机构包括回弹器、铝制导轨、小滑块、长短连杆以及卡脚后跟器；穿鞋机构包括鞋拔和双导轨装置、压脚器、轴承、连杆、扇形盘、支座轴承、支承座以及轴；回弹器以及铝制导轨连接在机架上，铝制导轨的滑槽中嵌有小滑块，长短连杆安装在小滑块上；机架两侧装有支承座，支承座前端两侧装有导轨，鞋拔通过轴承在两侧导轨中上下滑动，支承座后端则通过轴连接双扇形盘、压脚器。本发明使用方便，穿鞋时能够避免弯腰用力，最大程度保证老年人群快速安全地进行日常穿鞋与脱鞋动作，从而解决用户穿脱鞋困难的问题。

Description

一种穿脱鞋一体机

技术领域

本申请涉及家居器具和护理设施领域，具体涉及一种穿脱鞋一体机。

背景技术

随着医疗卫生条件和社会的良好发展，不少国家中超过65岁居民的数量越来越多。在由于人口惯性的作用，这些国家可能会逐渐进入老龄化社会。为了减少老龄居民给个体家庭和社会带来的不利影响，解决好老龄人的个人生活护理问题已成为当务之急。

鞋拔作为现在常见的辅助穿鞋工具，有长把类和短把类两种。长把类的鞋拔可以略微减少弯腰的幅度，但是由于把手长，比较难以准确使用，对于本身就力气小，行动不便的老人或者其他行动不便的人群来说，长鞋拔变得更加难以用力，增加闪腰危险。短鞋拔对老年等人群的帮助更是微乎其微。市面上的穿脱鞋辅助工具，只能在一定程度上减小弯腰的幅度，但还是避免不了要弯腰，且辅助工具均需手动操作，这对于老年人或其他弯腰存在困难的人群来说难度较大，全自动的穿鞋辅助工具还没有普及，生活中常见的鞋拔在设计过程中也没有充分考虑到上述的这一特殊群体，所以一款不需弯腰，不需手动的穿脱鞋辅助装置可以很好的迎合老年人或者不便弯腰用户等群体的需求。在日常生活中，弯腰穿鞋脱鞋是一件人们每天都必须要做的事情，但对于老年人，尤其是对行动不便的高龄老年人而言却并非易事。

发明内容

为了解决或者缓解现有技术中的不足，本公开文本提出了一种穿脱鞋一体机。

本发明的目的在于提供一种穿脱鞋一体机。该穿脱鞋一体机包括穿鞋机构，脱鞋机构和机架，其中脱鞋机构包括回弹器、铝制导轨、小滑块、长短连杆以及卡脚后跟器；穿鞋机构包括鞋拔和双导轨装置、压脚器、轴承、连杆、扇形盘、支座轴承、支承座以及轴；回弹器以及铝制导轨通过螺栓螺母连接在机架上，铝制导轨的滑槽中嵌有小滑块，长短连杆通过螺钉安装在小滑块上以改变脚后跟向后力的方向为向两边夹紧鞋面，卡脚后跟器的位置被配置为在回弹器锁死时刚好能卡紧鞋跟，在距长连杆的夹紧端的预定距离处设有固定铰支座，整个鞋面夹紧机构在机架上的距离可调；机架两侧装有支承座，支承座前端两侧装有导轨，鞋拔通过轴承在两侧导轨中上下滑动，支承座后端则通过轴连接双扇形盘、压脚器。

优选地，在根据本发明的穿脱鞋一体机中，所述双导轨装置中的导轨为复合轨道，包括两条弯曲方向相反的上轨道和下轨道 ，其中上轨道为直弯结合轨道，下轨道为圆弧轨道，且位于下方的圆弧轨道与上方直弯轨道的直线段的延长线相切。

进一步优选地，双导轨装置布置在导轨座，导轨座固定在所述机架上。该穿脱鞋一体机的支承座，轴的一端连接有舵机，舵机带动压脚器转动下压，同时压脚器带动扇形盘运动，扇形盘外侧的连杆与鞋拔两侧的两个小轴承连接，从而带动鞋拔在导轨中滑动。此外，所述舵机还可以具有红外遥控的转动控制功能。

本发明的有益效果是：

1、本发明能够在不弯腰的情况下完成日常的穿鞋和脱鞋动作，减少了老年人不方便弯腰穿脱鞋的烦恼。

2、本发明结构灵感来源于日常生活，简单可靠，便于安装和进行维护。

3、本发明结构紧凑且性价比高，成本低廉。

本发明的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本发明的实践而获知。本发明的目的和其它优点可以通过在书面说明及其权利要求书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。

本领域技术人员将会理解的是，能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。附图中的部件不是成比例绘制的，而只是为了示出本发明的原理。为了便于示出和描述本发明的一些部分，附图中对应部分可能被放大，即，相对于依据本发明实际制造的示例性装置中的其它部件可能变得更大。在附图中：

图1为根据本公开内容的穿拖鞋一体机的一个具体实施方式的整体结构立体示意图；

图2为图1所示的穿拖鞋一体机的脱鞋机构的俯视示意图，其中已拆去穿鞋机构与部分机架；

图3与图4为图1所示的穿拖鞋一体机的穿鞋机构的部分结构侧视图；

图5为根据本公开内容的穿拖鞋一体机的一个具体实施方式中的导轨座19 轨迹设计相关的示意简图；

图6为穿拖鞋一体机中的自制鞋拔16和弹簧片17的放大图；

图7为根据本公开内容的穿拖鞋一体机的一个具体实施方式中的卡鞋器8的放大图；

图8为根据本公开内容的穿拖鞋一体机的一个具体实施方式中的间歇机构左剖视图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

在此，需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

应该强调，术语“包括/包含/具有”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

在此，还需要说明的是，本说明书内容中所出现的方位名词是相对于附图所示的位置方向；如果没有特殊说明，术语“连接”在本文不仅可以指直接连接，也可以表示存在中间物的间接连接。直接连接为两个零部件之间不借助中间部件进行连接，间接连接为两个零部件之间借助其他零部件进行连接。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件。

以下结合附图对本发明作进一步说明。需要说明的是，在下文描述中所提到的“上”、“下”、“左”、“右”等方向，是在对应纸面视图中所示的左右方向和上下方向。可以理解的是，各个部件的实际方向和相对位置可以根据观察者所处的位置、穿脱鞋一体机的摆放位置而相应变化。

在根据本公开内容的穿拖鞋一体机的具体实施方式中，该穿脱鞋一体机包括穿鞋机构，脱鞋鞋机构，舵机遥控机构和机架。

其中脱鞋机构包括回弹器、铝制导轨、小滑块、长短连杆以及自主研发的卡脚后跟器；穿鞋机构包括自主研发的鞋拔和双导轨装置、压脚器、轴承、连杆、扇形盘、支座轴承、支承座以及轴；回弹器以及铝制导轨通过螺栓螺母连接在机架上，铝制导轨的滑槽中嵌有小滑块，长短连杆通过螺钉安装在小滑块上以改变脚后跟向后力的方向为向两边夹紧鞋面，卡脚后跟器的位置以回弹器锁死时刚好能卡紧鞋跟最为合适，为了夹紧鞋面且保证舒适性，距长连杆的夹紧端可以在例如70mm处设有固定铰支座，整个鞋面夹紧机构在机架上的可调距离为10-25mm；优选20mm；机架两侧装有支承座以避免脱鞋装置与穿鞋装置的干涉，支承座前端两侧装有导轨，鞋拔通过四个小轴承在两侧导轨中上下滑动，为避免死点，上轨道采用直弯轨结合，其中直轨长35-40mm，弯轨半径72mm符合公式1和公式2；下轨道半径40-45mm符合公式3。支承座后端则通过轴连接双扇形盘、压脚器，轴的一端连接有舵机，舵机带动压脚器转动下压，同时压脚器带动扇形盘运动，扇形盘外侧的连杆与鞋拔两侧的两个小轴承连接，从而带动鞋拔在导轨中滑动；舵机转动控制通过例如诸如Arduino UNO开发板编程实现红外遥控功能。

如图1所示的一个实施方式中，穿脱鞋一体机包括脱鞋机构I，穿鞋机构II 和机架。

如图2所示，脱鞋机构I可以包括回弹器1、连接杆2、短导轨3、滑块4A、滑块4B、长导轨5、短接杆6、长连杆7、卡鞋器8、转轴9A、转轴9B和夹紧块 10。回弹器1中有伸缩杆11，有压缩伸长锁定并再次压缩缩回的功能。回弹器触头通过连接杆2固定连接。滑块4A分别与连接杆2和短连杆6铰接，可在短导轨3中在视图中所示的左右方向移动。滑块4B分别与短连杆6和长连杆7铰接，可在长导轨5中在视图中所示的上下方向移动。长连杆7与滑轨铰接的一端有椭圆形的轨道槽，并与转轴9A铰接。夹紧块10与转轴9B铰接。回弹器1、卡鞋器8、转轴9A、转轴9B、短导轨3和长导轨5固定在底板上。夹紧块10铰接在长连杆7上。

脱鞋机构的关键执行机构为连杆滑块组合机构，它是由短连杆6、短导轨3、长导轨5、滑块4A和滑块4B、长连杆7组成的。

夹紧鞋子的工作原理为：当回弹器1的伸缩杆推动连接连杆2沿轨道3向右滑动，带动短连杆6与滑块4A铰接的一端向右移动，短连杆6另一端推动滑块4B沿长导轨5向两侧滑动张开，带动长连杆7绕转轴9A顺时针转动，使夹紧块 10绕转轴9B向内摆动夹紧鞋子。

释放鞋子的工作原理为：当回弹器的伸缩杆向左缩回时，带动连接杆2沿轨道3向左滑动，带动短连杆6一端向左移动，同时短连杆6的另一端带动滑块 4B沿长导轨5向内侧滑动，同时滑块4B带动长连杆7绕转轴9A逆时针转动，使夹紧块10绕转轴9B向外摆动释放鞋子。

脱鞋动作实现过程：脚放置在两个夹紧块10中间，鞋跟向后顶住压缩回弹器1的触头，推动伸缩杆11向右滑动并锁住，这时鞋底跟位于卡鞋器8的下方。伸缩杆11向右滑动的同时，推动连接杆2沿轨道3向右滑动，带动短连杆6与滑块4A铰接的一端向右移动，推动铰接在滑块4B上的另一端沿导轨5向两侧滑动张开，带动长连杆7绕转轴9A顺时针转动，使夹紧块10向内摆动夹紧鞋子。

如图3与图4所示，穿鞋机构包括压脚器12、扇形轮盘13、轮盘滑块14、连杆15、电机16、驱动轴17、轴承座18、导轨座19、弹簧片20、鞋拔21和导轨滑块22。压脚器12的面向使用者鞋子的前端可以为橡胶材质，柔软有弹性，与轮盘滑块14固定，压脚器12的底部通过键连接固定在驱动轴17上。扇形轮盘13可枢轴转动地安装在驱动轴17上，并位于压脚器12的两侧，其上有弧形的轨道槽24可使固定在压脚器12上的轮盘滑块14沿轨道滑动，从而构成间歇运动机构。连杆15一端铰接在扇形轮盘13上，另一端铰接在鞋拔21上。鞋拔 21两侧固定有导轨滑块22，可以沿导轨23自由滑动，底部固定有弹簧片20。驱动轴17一端与电机16相连，并分别轴承座18、扇形轮盘13铰接，与压脚器 12固接，与另一端的轴承座相连。电机16、轴承座18和导轨座19固定在机架上，两个轴承座18之间的距离可以设定为55mm至80mm的范围内，优选地可以设定为相距60mm-69mm，两个导轨座19的距离可以设定为相距80mm-130mm，优选地可以设定为90mm-122.5mm。

穿鞋机构核心内容包括几个特殊设计的部件和机构：压脚器12、导轨23、间歇运动机构、弹簧片20和一个鞋拔21。

如图5所示，导轨23是复合轨道，包括两条弯曲方向相反的轨道，其中上轨道23a为直弯结合轨道，另一条下轨道23b为圆弧轨道，且位于下方的圆弧轨道与上方直弯轨道的直线段的延长线相切。在该实施例中，可以设定导轨总高度为L＝80-115mm，导轨宽度s＝30-60mm。优选地，可以设定导轨总高度为L＝107mm，导轨宽度s＝50mm。直弯结合轨道的圆弧部分为一个半径为72mm，角度为20.6°的圆弧，圆弧轨道部分为一个半径是40-45mm的四分之一圆。其有益效果在于，可以避免若导轨使用单一轨道时，滑块在轨道中移动会产生受力与运动方向相垂直，从而使机构卡死无法正常运行。因此本导轨采用双轨道设计，从而避免造成机构卡死的情况。

导轨参数选取依据：如图5所示直轨时(可视为偏心曲柄滑块机构)，实际测量得出，当上轨道23a的直弯结合轨道中直轨道的长度x＝25时，发生自锁现象。根据公式(1)带入导轨座19的高度L、连杆15的长度l、扇形轮盘13中心与连杆15铰接处的距离r、扇形轮盘13与导轨座19直轨部分的水平距离e 可得此时β角≈24°。当β<24°时，不会发生自锁现象。当导轨滑块22进入为弯轨时(可视为平面四杆机构),根据图5可知sinα与x在x>0时为单调递增关系，联立可得x与β角在x>0时为单调递增关系。

所以

带入xmax＝72，αmax＝20.6°，根据公式(2)可得

(自变量为r2关系式)。

参考图5所示，其中夹角α为：连杆15与扇形轮盘13铰接轴心与驱动轴 17的轴心之间连线与竖直方向之间的夹角；

夹角β为：连杆15的铰接轴心与鞋拔21的下部导轨滑块22轴心之间的连线与连杆15之间的夹角；

夹角γ为：连杆15与扇形轮盘13铰接轴心与驱动轴17的轴心之间连线与连杆15之间的夹角；

夹角θ为:连杆15与水面线之间的夹角。

因为

明显为x的单调增函数，所以以

为自变量的函数β为单调增函数。又因为

当βmax＝24°时，

即r2max＝280mm，

则只要上轨道23a的直弯结合轨道中弯弧轨道的弧度半径r2<280mm时，便不会产生自锁现象。

其中下部分轨道半径R，根据上述确定的上轨道的直弯结合轨道中直轨道的长度x、轨道23a弯轨部分的圆心角ω和直弯结合轨道中弯弧轨道的弧度半径r2 的数值，依据如下公式3来确定：

[r₂·(1-cosω)+R]²+R²＝(r₂·sinω+x)² (公式3)

如图6所示，有弹簧片20固定在鞋拔21下方，其作用是利用弹簧片薄、弹性大的特点，用户在穿鞋动作完成后，能够容易将鞋拔从鞋中抽出，不会出现鞋子和鞋拔卡住的情况。弹簧片设计成图6所示的形状，可以使其末端弧形钩住鞋子后帮，防止穿鞋过程中后帮塌陷，无法穿上鞋子的情况。

间歇机构如图8所示是由扇形轮盘13、轮盘滑块14、压脚器12和连杆15 构成的。压脚器12的有益效果为：可以在穿鞋过程中提供一个较为柔和的下压力将用户的脚压入鞋中。电机16与压脚器12轴接，压脚器12与轮盘通过轮盘滑块14连接。如图所示为压脚器的初始位置，与水平面垂直。其工作顺序为：电机带动压脚器12顺时针转动，通过轮盘滑块14带动轮盘13同样顺时针转动，使铰接在轮盘13上的连杆15一端同时顺时针转动，带动铰接在连杆15另一端的鞋拔沿导轨向下运动，使鞋拔21伸入鞋子内部；当用户将脚放到鞋拔21上后，反转电机，将压脚器12逆时针旋转，此时轮盘滑块14在轮盘轨道24内滑动，轮盘13不转动，鞋拔21也不运动；当压脚器12顶端橡胶触碰到用户脚后根时，继续逆时针转动，将用户脚压入鞋子，当轮盘滑块14到达极限时，将带动轮盘 13逆时针转动，同时带动铰接在轮盘13上的连杆15一端逆时针转动，使铰接在连杆15另一端的鞋拔沿导轨向上运动，带动鞋拔21向上提起，鞋拔逐渐上升退出鞋子。最终人脚穿进鞋子，压脚器12到达最底端，鞋拔21完全退出鞋子。穿鞋过程结束后，压脚器12顺时针空转，回到与水平面垂直的初始位置。该机构的有益效果为：鞋拔21只在某时段随压脚器12一起发生旋转运动，避免鞋拔21在压脚器12初始压下阶段就一起运动，发生鞋拔21过早退出鞋子的问题。

穿鞋动作的实现过程是：使用本方案的辅助装置穿鞋时，在上述脱鞋过程完成后，鞋子已被夹持在机构上。当需要穿鞋时，通过遥控器操控电机顺时针旋转，带动铰接在轮盘13上的连杆15一端顺时针转动，使铰接在连杆15的另一端的鞋拔沿导轨23向下运动，带动鞋拔沿固定路径下降并伸进鞋里。在圆盘间歇机构的作用下，鞋拔下降的同时压脚装置上升，完成准备工作。用户将脚伸进鞋子，通过遥控器操控电机逆时针旋转，通过轴接在压脚器通过轮盘滑块14带动轮盘 13转动，同时铰接在轮盘13上的连杆15一端也一起逆时针转动，使铰接在连杆15另一端的鞋拔沿导轨23向上运动，带动鞋拔缓慢上升，当压脚装置下降到最底端时，鞋拔完全退出，此时脚全部伸入鞋子，便实现穿鞋功能。穿鞋过程结束后，压脚器12顺时针空转，回到与水平面垂直的初始位置。

通过应用根据本公开内容的穿拖鞋一体机，能够使得使用者在不弯腰的情况下完成日常的穿鞋和脱鞋动作，减少了不方便弯腰穿脱鞋的烦恼。

Claims (5)

1.一种穿脱鞋一体机，其特征在于，该穿脱鞋一体机包括穿鞋机构，脱鞋机构和机架，

其中脱鞋机构包括回弹器、铝制导轨、小滑块、长短连杆以及卡脚后跟器；

穿鞋机构包括鞋拔和双导轨装置、压脚器、轴承、连杆、扇形盘、支座轴承、支承座以及轴；

回弹器以及铝制导轨通过螺栓螺母连接在机架上，铝制导轨的滑槽中嵌有小滑块，长短连杆通过螺钉安装在小滑块上以改变脚后跟向后力的方向为向两边夹紧鞋面，卡脚后跟器的位置被配置为在回弹器锁死时刚好能卡紧鞋跟，在距长连杆的夹紧端的预定距离处设有固定铰支座，整个鞋面夹紧机构在机架上的距离可调；

机架两侧装有支承座，支承座前端两侧装有导轨，鞋拔通过轴承在两侧导轨中上下滑动，支承座后端则通过轴连接双扇形盘、压脚器。

2.根据权利要求1所述的穿脱鞋一体机，其特征在于，所述双导轨装置中的导轨为复合轨道，包括两条弯曲方向相反的上轨道和下轨道 ，其中上轨道为直弯结合轨道，下轨道为圆弧轨道，且位于下方的圆弧轨道与上方直弯轨道的直线段的延长线相切。

3.根据权利要求2所述的穿脱鞋一体机，其特征在于，双导轨装置布置在导轨座，导轨座固定在所述机架上，

其中上轨道的直弯结合轨道中直轨道的长度x、导轨座(19)的高度L、连杆(15)的长度l、扇形轮盘(13)中心与连杆(15)铰接处的距离r、扇形轮盘(13)与导轨座(19)直轨部分的水平距离e，根据如下的公式1和公式2来确定不发生自锁的上轨道的直弯结合轨道中直轨道的长度x和直弯结合轨道中弯弧轨道的弧度半径r2的数值：

其中下部分轨道半径R，根据上述确定的上轨道的直弯结合轨道中直轨道的长度x、轨道(23a)弯轨部分的圆心角ω和直弯结合轨道中弯弧轨道的弧度半径r2的数值，依据如下公式3来确定：

[r₂·(1-cosω)+R]²+R²＝(r₂·sinω+x)² (公式3)

其中夹角α为：连杆(15)与扇形轮盘(13)铰接轴心与驱动轴(17)的轴心之间连线与竖直方向之间的夹角；

夹角β为：连杆(15)的铰接轴心与鞋拔(21)的下部导轨滑块(22)轴心之间的连线与连杆(15)之间的夹角；

夹角γ为：连杆(15)与扇形轮盘(13)铰接轴心与驱动轴(17)的轴心之间连线与连杆(15)之间的夹角；

夹角θ为:连杆(15)与水面线之间的夹角；

角度ω为：轨道(23a)弯轨部分的圆心角。

4.根据权利要求2或3所述的穿脱鞋一体机，其特征在于，该穿脱鞋一体机的支承座，轴的一端连接有舵机，舵机带动压脚器转动下压，同时压脚器带动扇形盘运动，扇形盘外侧的连杆与鞋拔两侧的两个小轴承连接，从而带动鞋拔在导轨中滑动。

5.根据权利要求4所述的穿脱鞋一体机，其特征在于，所述舵机具有红外遥控的转动控制功能。

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