一种自动系鞋带机的制作方法

本实用新型涉及自动系鞋带技术领域，具体涉及一种自动系鞋带机。

背景技术：

我国社会人群中存在着一些手部残疾人士、腰椎疾病患者、高血压患者、孕妇等人群，以上人群由于或肌体老化、或行动不便等原因，难以完成系鞋带这一过程。

经调查，目前我国市场上还未曾出现一台能实现系鞋带稳定功能的装置，已有的相关装置也出现体积大、结构复杂、不适合家用等等一系列问题。为了能够有效帮助手部残疾人士、腰椎疾病患者、高血压患者、孕妇等解决系鞋带难问题，亟需开发一种自动系鞋带机，以便于上述人群完成系鞋带的过程。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种自动系鞋带机，旨在解决上述背景技术提出的现有技术中的问题。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种自动系鞋带机，包括：

机架，所述机架包括底板，所述底板上设有托鞋板；

两套鞋绳勾取拉紧机构，分别设置于所述托鞋板的两侧，所述鞋绳勾取拉紧机构包括相互对应的第一v型工作件和第二v型工作件，其中所述第一v型工作件开口向上，并通过驱动件可移动地设置于托鞋板一侧；所述第二v型工作件设置于机架的相对上部，并使得所述第一v型工作件向上移动时，所述第一v型工作件与所述第二v型工作件相互匹配；

升降机构，设置于机架顶部，用于控制下述的横向打结机构的上下移动；以及

横向打结机构，设置于托鞋板的上方，包括壳体，所述壳体内设有第一齿轮和两个分别与第一齿轮啮合的第一齿条，所述第一齿轮通过第一电机驱动，所述壳体内前后两侧分别设有导轨，所述第一齿条分别可沿所述导轨滑动；所述的两个第一齿条向外的一端分别连接有竖直向下的左传动杆和右传动杆，所述壳体的底面分别开设有供所述左传动杆和所述右传动杆穿过并移动的条形缺口，所述左传动杆和所述右传动杆的底端分别连接有左电机和右电机，所述左电机和所述右电机的输出轴分别连接有左拉钩组和右拉钩组。

进一步地，所述驱动件包括第二齿条和活动件，所述第二齿条通过齿条支架固定设置于所述底板上，所述活动件设置于所述第二齿条上，所述活动件内设有第二齿轮，所述活动件外设有第二电机，所述第二电机的输出轴与所述第二齿轮连接，所述第二齿轮与所述第二齿条啮合，使得所述第二电机驱动所述第二齿轮转动时，所述活动件可沿所述第二齿条移动；所述第一v型工作件固定连接在所述活动件上。

进一步地，所述齿条支架倾斜设置；所述齿条支架的一端通过安装块固定连接在所述底板上，另一端通过支撑杆支撑在所述底板上。

进一步地，所述活动件的截面为u形，所述第二齿轮设置于所述活动件的两侧之间，所述活动件的两侧之间还设置有至少两个滚轮；所述第二齿条的齿面与所述第二齿轮啮合，所述第二齿条的齿面的相对反面为光面，所述光面与所述滚轮抵触。

进一步地，所述第二v型工作件通过安装架设置于所述机架上，所述安装架上设置有安装孔，所述第二v型工作件的开口一侧的中部固定设置有一根螺杆，所述螺杆穿过所述安装孔螺纹匹配有一螺母，所述螺杆上套设有弹簧，所述弹簧的一端与所述第二v型工作件连接，另一端与所述安装架连接。

进一步地，所述升降机构包括竖直设置的丝杆、驱动所述丝杆转动的升降电机、与所述丝杆螺纹匹配的螺母支座以及固定连接在螺母支座上的横板，所述横向打结机构固定设置于所述横板上。

进一步地，所述升降机构还包括两块分别设置于所述丝杆两侧的竖向支架，所述竖向支架的一侧设有竖向导轨，所述横板上设置有与所述竖向导轨匹配的导槽，通过竖向导轨与导槽的匹配使得所述横板可沿竖向滑动。

进一步地，所述左拉钩组包括呈方形布置的第一细杆、第一弯杆、第二细杆以及第一短杆，其中所述第一弯杆设置于所述第一细杆的下方，所述第一短杆设置于所述第一细杆的右侧，所述第二细杆设置于所述第一短杆的下方；所述右拉钩组包括呈直角三角形布置的第三细杆、第二弯杆以及第二短杆，其中所述第二弯杆设置于所述第二短杆的左侧，所述第三细杆设置于所述第二短杆的下方。

进一步地，所述左拉钩组和所述右拉钩组相互对应时，所述第一弯杆对应于所述第二弯杆和第三细杆连线的偏下位置，所述第二弯杆对应于所述第一细杆和第二细杆连线的偏上位置。

进一步地，所述第一弯杆和第二弯杆的端部分别设有弯钩，所述第一弯杆的弯钩向上弯折，所述第二弯杆的弯钩向下弯折。

本实用新型具有以下有益效果：本实用新型通过升降机构、横向打结机构以及鞋绳勾取拉紧机构的相互配合，实现了自动系鞋带的功能，其结构简单、设计巧妙，并且功能稳定、动作高效，可有效帮助手部残疾人士、腰椎疾病患者、高血压患者、孕妇等解决系鞋带难的问题。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图。

图2是本实用新型中机架的结构示意图。

图3是本实用新型中升降机构的结构示意图。

图4是本实用新型中横向打结机构的结构示意图。

图5是图4中左拉钩组的放大示意图。

图6是图4中右拉钩组旋转180°后的放大示意图。

图7是本实用新型中鞋绳勾取拉紧机构的结构示意图。

图8是图7中b向视角的示意图。

图9是本实用新型中安装架和第二v型工作件的安装示意图。

图10是本实用新型的工作示意图(1)。

图11是本实用新型的工作示意图(2)。

图12是本实用新型的工作示意图(3)。

图13是本实用新型的工作示意图(4)。

图14是本实用新型的工作示意图(5)。

图15是本实用新型的工作示意图(6)。

图16是本实用新型的工作示意图(7)。

图17是本实用新型的工作示意图(8)。

图18是本实用新型的工作示意图(9)。

图19是本实用新型的工作示意图(10)。

图20是本实用新型的工作示意图(11)。

图21是本实用新型的工作示意图(12)。

图22是本实用新型的工作示意图(13)。

图23是本实用新型的工作示意图(14)。

图24是本实用新型的工作示意图(15)。

图25是本实用新型的工作示意图(16)。

图26是本实用新型的初始状态示意图。

图中：1、机架，11、底板，12、立柱，13、纵向支架，14、横向支架，15、托鞋板，16、托鞋板支架；

2、鞋绳勾取拉紧机构，21、第一v型工作件，22、第二v型工作件，23、第二齿条，231、齿条支架，232、安装块，233、支撑杆，234、90°角码，24、活动件，241、第二齿轮，242、滚轮，243、第二电机，244、固定杆，25、安装架，251、螺杆，252、螺母，253、弹簧，254、垫圈；

3、升降机构，31、竖向支架，32、连接支架，33、丝杆，34、升降电机，35、螺母支座，36、横板；

4、横向打结机构，41、壳体，42、第一齿轮，43、第一齿条，44、第一电机，45、导轨，46、左传动杆，461、左电机架，462、左电机，463、左拉钩组，464、第一细杆，465、第一弯杆，466、第二细杆，467、第一短杆，47、右传动杆，471、右电机架，472、右电机，473、右拉钩组，474、第三细杆，475、第二弯杆，476、第二短杆，48、条形缺口；

5、左鞋绳；

6、右鞋绳。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例：一种自动系鞋带机，如图1所示，包括机架1、两套鞋绳勾取拉紧机构2、升降机构3以及横向打结机构4。其中机架1由一块底板11、四根垂直于底板11设置的立柱12、分别水平设置于两侧并与立柱12顶端连接的两根纵向支架13、水平设置于两根纵向支架13之间的横向支架14构成，底板11的相对中部设置有托鞋板15，该托鞋板15底部通过托鞋板支架16支撑在底板11上，如图2所示。

参照图7-9，两套鞋绳勾取拉紧机构2分别设置于托鞋板15的两侧，分别对应鞋子的两根鞋绳，该鞋绳勾取拉紧机构2包括第一v型工作件21、驱动第一v型工作件21作直线运动的驱动件以及第二v型工作件22，其中驱动件包括第二齿条23和活动件24。

第二齿条23通过齿条支架231固定设置于底板11上，具体的，齿条支架231为长条状，其中间沿长度方向开设上下开口的槽，第二齿条23固定嵌设在槽内，第二齿条23的一面为齿面，齿面的相对背面为光面；齿条支架231一端通过安装块232固定连接在底板11上，另一端固定连接有支撑杆233，支撑杆233远离齿条支架231的一端通过90°角码234固定连接在底板11上，并使得支撑杆233垂直于底板11，从而将齿条支架231倾斜地固定设置在机架1上，其倾斜方向为上端向外侧倾斜。

活动件24的截面形状为u形，其两侧之间分别设有第二齿轮241和两个滚轮242，其中第二齿轮241与第二齿条23的齿面啮合，滚轮242与第二齿条23的光面抵触，第二齿轮241和滚轮242将第二齿条23夹在中间；活动件24外固定设有第二电机243，第二电机243的输出轴与第二齿轮241连接，当第二电机243驱动第二齿轮241转动时，将带动活动件24沿第二齿条23移动。

第一v型工作件21通过一根固定杆244固定连接在活动件24上，并且其v型开口沿着第二齿条23的方向朝向斜上方，具体的，固定杆244的一端与第一v型工作件21固定连接，另一端固定连接在活动件24上。

第二v型工作件22通过安装架25安装在纵向支架13上，与第一v型工作件21相互对应，并且当第一v型工作件21向斜上方移动时，第二v型工作件22和第一v型工作件21可以相互贴合匹配。具体的，安装架25上设置有安装孔，第二v型工作件22的v型开口一侧的中部固定设置有螺杆251，螺杆251穿过安装孔后螺纹匹配有螺母252，螺杆251上套设有弹簧253和垫圈254，弹簧253的一端与第二v型工作件22抵接，另一端抵接在垫圈254上，垫圈254远离弹簧253的一面抵接在安装架25上。

参照图3，升降机构3设置于横向支架14上，包括两块垂直设置于横向支架14上的竖向支架31、水平设置于两个竖向支架31之间的连接支架32、丝杆33、升降电机34、螺母支座35以及横板36，其中升降电机34固定设置于连接支架32上，丝杆33的一端与升降电机34的输出轴连接，螺母支座35与丝杆33螺纹匹配，横板36与螺母支座35固定连接；此外竖向支架31的侧面设有竖向导轨，横板36上设有与竖向导轨匹配的导槽，通过竖向导轨与导槽的匹配使得横板36可竖向滑动。

本实施例的升降机构3中，通过升降电机34带动丝杆33转动，从而带动螺母支座35上下移动，并在竖向导轨与导槽的配合下，实现横板36的上下移动。

参照图4-6，横向打结机构4包括壳体41，壳体41与横板36固定连接，壳体41内设有第一齿轮42和两个分别与第一齿轮42啮合的第一齿条43，两个第一齿条43相互平行。壳体41顶部固定安装有第一电机44，第一电机44的输出轴穿过壳体41顶部表面后与第一齿轮42的转轴连接，通过第一电机44可带动第一齿轮42转动；壳体41内前后两侧沿长度方向分别设有导轨45，该导轨45上开设有t形槽，第一齿条43的背部与t形槽匹配，将第一齿条43插接在t形槽内后可实现第一齿条43的左右滑动。

两个第一齿条43向外侧的一端分别连接有左传动杆46和右传动杆47，左传动杆46和右传动杆47均为l形，其一端分别与第一齿条43的端部固定连接，并且在壳体41的底面中间部位沿长度方向分别开设有供左传动杆46和右传动杆47穿过并移动的条形缺口48，左传动杆46或右传动杆47远离第一齿条43的另一端穿过条形缺口48后竖直向下设置。

左传动杆46和右传动杆47的底端分别通过左电机架461和右电机架471固定安装有左电机462和右电机472，左电机462和右电机472分别位于左传动杆46和右传动杆47的前后不同侧，本实施例中左电机462位于左传动杆46的前侧，右电机472位于右传动杆47的后侧。

左电机462和右电机472的输出轴均竖直朝下，并分别连接有左拉钩组463和右拉钩组473，左拉钩组463和右拉钩组473分别包括人字形支架和设置在人字形支架上的若干模拟手指的细杆。具体的，左拉钩组463上设置有呈方形布置的第一细杆464、第一弯杆465、第二细杆466以及第一短杆467，其中第一弯杆465设置于第一细杆464的下方，第一短杆467设置于第一细杆464的右侧，第二细杆466设置于第一短杆467的下方；右拉钩组473上设置有呈直角三角形布置的第三细杆474、第二弯杆475以及第二短杆476，其中第二弯杆475设置于第二短杆476的左侧，第三细杆474设置于第二短杆476的下方。

当左拉钩组463和右拉钩组473分别在左电机462和右电机472的驱动下相互面向彼此对应时，第一弯杆465对应于第二弯杆475和第三细杆474连线的偏下位置，第二弯杆475对应于第一细杆464和第二细杆466连线的偏上位置。本实施例中，第一弯杆465和第二弯杆475的端部分别设有弯钩，第一弯杆465的弯钩向上弯折，第二弯杆475的弯钩向下弯折。其位置关系及弯钩方向的设置是为了使左拉钩组463和右拉钩组473相互靠近时，搭在第二弯杆475和第三细杆474上的鞋绳可顺利进入第一弯杆465的弯钩内，搭在第一细杆464和第二细杆466上的鞋绳可顺利进入第二弯杆475的弯钩内。

本实施例的横向打结机构4，通过第一电机44驱动第一齿轮42转动，带动第一齿条43移动，从而带动左拉钩组463和右拉钩组473同步反向移动；通过左电机462和右电机472可分别驱动左拉钩组463和右拉钩组473转动。通过这两种运动方式使得左拉钩组463和右拉钩组473就像人的左右手一样可以灵活运动，从而进行鞋绳打结的操作。

本实施例在具体实施时，参照图26，其初始状态为：第一v型工作件21位于第二齿条23的最底端；左拉钩组463和右拉钩组473分别位于壳体41两端最远行程处，左拉钩组463的各个细杆朝向壳体41的前侧，右拉钩组473的各个细杆朝向壳体41的背侧，如图26所示；其目的是避免鞋绳勾取拉紧机构2将鞋绳拉紧后，横向打结机构4下降时，鞋绳与左拉钩组463或右拉钩组473发生干涉。

本实施例的具体工作原理如下：

使用者将已穿上的鞋子放置于托鞋板15上，两根鞋绳(左鞋绳5和右鞋绳6)将分别自然下垂并分别位于各自一侧的第一v型工作件21的v型开口上，如图10所示。

随后托鞋板15两侧的鞋绳勾取拉紧机构2开始动作，由于两套鞋绳勾取拉紧机构2原理相同，且同步运行，此处仅举例描述左鞋绳5一侧的鞋绳勾取拉紧机构2的工作原理。第二电机243驱动第二齿轮241转动，因第二齿条23固定不动，所以第二齿轮241带动活动件24向上移动，从而带动第一v型工作件21沿第二齿条23向上移动，在此过程中，第一v型工作件21持续扫掠左鞋绳5，左鞋绳5可被持续捋直，如图11所示。在此过程中，滚轮242沿第二齿条23滚动，一方面有效协助机构的传动，另一方面可支撑活动件24。

左鞋绳5被持续捋直的同时，第一v型工作件21勾取着左鞋绳5逐渐靠近第二v型工作件22；第一v型工作件21经过一段行程后，接触第二v型工作件22，此时左鞋绳5被夹在第一v型工作件21和第二v型工作件22之间，此时由于左鞋绳5自身的重力等因素影响，鞋绳可能还没有被完全拉直；接着第一v型工作件21带动第二v型工作件22、螺杆251、螺母252整体一起继续上移，弹簧253将会收缩，使左鞋绳5在第一v型工作件21和第二v型工作件22之间被压紧；随着第一v型工作件21的持续上移，弹簧253将会继续被压缩，直至左鞋绳5被拉紧，第二电机243停止工作，从而第一v型工作件21停止移动，如图12所示。

上述鞋绳被拉紧的过程中，可通过调整螺母252在螺杆251上的位置调节鞋绳被拉紧的程度。

随后升降机构3开始动作，升降电机34驱动丝杆33转动，带动螺母支座35和横板36下降，进而带动横向打结机构4下降，直至下降到行程的最底端，此时左鞋绳5位于左传动杆46的背侧，右鞋绳6位于右传动杆47的前侧，如图13所示。

随后，左电机462和右电机472分别带动左拉钩组463和右拉钩组473皆顺时针旋转180°。

随后，鞋绳勾取拉紧机构2的第二电机243反转，带动第一v型工作件21向下移动直至最底端，使第一v型工作件21远离第二v型工作件22，螺杆251和弹簧253回复至起始位置，此时左鞋绳5自然下落并悬挂在左拉钩组463的第一细杆464和第二细杆466上，右鞋绳6自然下落并悬挂在右拉钩组473的第二弯杆475和第三细杆474上。

随后升降机构3的升降电机34驱动丝杆33反向转动，带动螺母支座35和横板36上升，进而带动横向打结机构4上升，使左拉钩组463和右拉钩组473高于鞋子的上表面，如图14所示。

随后左电机462和右电机472分别驱动左拉钩组463和右拉钩组473顺时针旋转90°，即左拉钩组463和右拉钩组473均向内侧旋转至彼此朝向对方。此时左鞋绳5悬挂在第一细杆464和第二细杆466上，并穿过第二细杆466和第一短杆467之间；右鞋绳6悬挂在第二弯杆475和第三细杆474上，并穿过第三细杆474与第二短杆476之间。如图15所示。

随后第一电机44驱动第一齿轮42逆时针转动，进而同时带动两个第一齿条43分别向内侧移动，从而同时带动左拉钩组463和右拉钩组473分别向内侧移动，即彼此相互靠近。在左拉钩组463和右拉钩组473相互靠近的过程中，当第二弯杆475的弯钩外弧面接触左鞋绳5悬挂在第一细杆464与第二细杆466之间的部分时，如图16所示，随着左拉钩组463和右拉钩组473的继续靠近，左鞋绳5在第二弯杆475的弯钩外弧面上滑移后落入第二弯杆475的弯钩内，如图17所示；当第一弯杆465的弯钩外弧面接触右鞋绳6悬挂在第二弯杆475和第三细杆474之间的部分时，如图18所示，随着左拉钩组463和右拉钩组473的继续靠近，右鞋绳6在第一弯杆465的弯钩外弧面上滑移后落入第一弯杆465的弯钩内，如图19所示。当左鞋绳5和右鞋绳6分别落入第二弯杆475和第一弯杆465的弯钩内后，第一电机44停止转动。

随后第一电机44反转，即带动左拉钩组463和右拉钩组473相互远离，与此同时，第二弯杆475勾住左鞋绳5、第一弯杆465勾住右鞋绳6，如图20所示，左拉钩组463和右拉钩组473经过一段行程的远离后，即可使两鞋绳形成平结。当左传动杆46和右传动杆47移动至导轨45最外端时，第一电机44停止转动，如图21所示。然后左电机462和右电机472分别驱动左拉钩组463和右拉钩组473皆顺时针旋转90°，使整套设备恢复至初始位置。

此时，左右鞋绳形成平结后位置将互换，即左鞋绳5位于鞋子右侧，右鞋绳6位于鞋子左侧，并且自然下垂后分别位于托鞋板15两侧的鞋绳勾取拉紧机构2的第一v型工作件21上。

随后，设备重新启动，重复上述勾取拉紧、横向打结的动作即可实现蝴蝶结的形成。蝴蝶结和平结的动作行程大致类似，存在以下两点区别：

第一点：鞋绳脱离鞋绳勾取拉紧机构2后，升降机构3带动横向打结机构4上升时，其上升的高度应略低于平结动作过程中的上升高度，应以左拉钩组463和右拉钩组473略高于鞋子上表面为准，在左拉钩组463和右拉钩组473略高于鞋子上表面的条件下，左拉钩组463和右拉钩组473的高度越低，越有利于蝴蝶结的形成；

第二点：当第二弯杆475勾住右鞋绳6、第一弯杆465勾住左鞋绳5(形成平结之后左右鞋绳的位置将会互换)，同时左拉钩组463和右拉钩组473相互远离时，左拉钩组463和右拉钩组473经过的行程仅为平结形成过程中二者行程的三分之二，即在左鞋绳5和右鞋绳6形成蝴蝶结后，第二弯杆475和第一弯杆465不再继续向外移动，以保持蝴蝶结的形态，如图22所示。

蝴蝶结形成以后，升降机构3工作带动横向打结机构4上升至合适高度，与此同时，第一电机44驱动第一齿轮42逆时针转动，即左拉钩组463和右拉钩组473相互靠近一段距离，使得右鞋绳6逐渐远离并脱离第二弯杆475，如图23所示。

随后，升降机构3带动横向打结机构4下降至合适高度，使左鞋绳5脱离第一弯杆465，如图24所示；接着第一电机44驱动第一齿轮42顺时针转动，即左拉钩组463和右拉钩组473相互远离一段距离，使得左鞋绳5完全脱离左拉钩组463，如图25所示。

至此，系鞋带的动作已全部完成，最后第一电机44驱动第一齿轮42顺时针转动使左传动杆46和右传动杆47移动至导轨45最外端、升降电机34驱动丝杆33带动横向打结机构4上升至最顶端、左电机462和右电机472分别驱动左拉钩组463和右拉钩组473皆顺时针旋转90°，整套设备恢复至初始位置，如图26所示。

本实施例的自动系鞋带机中还包括控制系统，控制系统包括可编程逻辑控制器、若干限位开关和位置传感器，升降电机34、第一电机44、第二电机243、左电机462、右电机472、限位开关和位置传感器均与可编程逻辑控制器电连接，可编程逻辑控制器接收限位开关和位置传感器等传感部件的输入，并输出控制各电机，可编程逻辑控制器可根据主体程序控制鞋绳勾取拉紧机构2、升降机构3、横向打结机构4等各个部件的工作顺序和工作行程，使自动系鞋带的各个步骤配合有序、紧凑，实现系鞋带自动化的目的。

最后，应当指出，以上实施例仅是本实用新型较有代表性的例子。显然，本实用新型不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改等同变化与修饰，均应认为属于本实用新型的保护范围。