CN101992633A - 绘图仪、绘图方法和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种绘图仪，包括：移动机构，用于使所述绘图仪能够独立地在绘图纸上移动；绘图笔；定位装置，用于检测绘图笔相对于原点的位置；和控制器，控制绘图仪移动到待画图像的起点，并沿待画图像的轨迹移动到待画图像的终点，当所述绘图仪沿待画图像的轨迹移动时，所述绘图笔在绘图纸上画出所述待画图像的轨迹。与现有技术相比，本发明的绘图仪适用于任何尺寸的绘图纸、绘图速度快，体积小、便于随身携带且能够节省大量电力。

Description

绘图仪、绘图方法和使用方法

技术领域

本发明涉及一种绘图仪、该绘图仪的绘图方法和该绘图仪的使用方法。

背景技术

绘图仪，是一种优秀的输出设备，其能按照人们要求自动绘制图形。它可将计算机存储的图像数据信息以图形的形式输出。主要可绘制各种尺寸较大的管理图表和统计图、大地测量图、建筑设计图、电路布线图、各种机械图与计算机辅助设计图等。

最常用的是X-Y绘图仪。现有的绘图仪已具有智能化的功能，它自身带有微处理器，可以使用绘图命令，具有直线和字符演算处理以及自检测等功能。

从技术上而言，绘图仪属于一种输出图形的硬拷贝设备。绘图仪在绘图软件的支持下绘制出复杂、精确的图形，是各种计算机辅助设计不可缺少的工具。

绘图仪的种类很多，按结构和工作原理可以分为滚筒式和平台式两大类：

1.滚筒式绘图仪

当X向步进电机通过传动机构驱动滚筒转动时，链轮就带动图纸移动，从而实现X方向运动。Y方向的运动是由Y向步进电机驱动笔架来实现的。

这种滚筒式绘图仪结构紧凑，绘图幅面大。但它需要使用两侧有链孔的专用绘图纸。

2.平台式绘图仪

绘图平台上装有横梁，笔架装在横梁上，绘图纸固定在平台上。X向步进电机驱动横梁连同笔架，作X方向运动；Y向步进电机驱动笔架沿着横梁导轨，作Y方向运动。图纸在平台上的固定方法有3种，即真空吸附、静电吸附和磁条压紧。

这种平台式绘图仪的绘图精度高，而且对绘图纸的规格无特殊要求，应用比较广泛。

以上传统的绘图仪有着绘图速度快，绘图精度高的特点，比较适用于不常移动位置的使用场合。

但是，传统的绘图仪也存在以下若干缺点：

1)个体比较庞大，不利于或者根本不能够随身携带，而且由于笨重，需要消耗大量电力来驱动它；

2)受到绘图仪的进纸口的限制，传统的绘图仪支持的绘图纸规格比较少，并且有支持纸型越多，体积越庞大的缺点；

3)传统绘图仪需要使用220V交流供电，能耗较高，难以用电池供电，一旦电网停电就不能使用；

4)传统的绘图仪价格昂贵，一般消费者负担不起。

鉴于上述技术问题，实有必要设计一种体积小、便于随身携带、省电、绘图速度快、不拘泥于纸型且价格便宜的新型绘图设备。

发明内容

因此，本发明的至少一个目的在于提供一种体积小、便于随身携带、省电、绘图速度快且不拘泥于纸型的新型绘图设备。

根据本发明的一个方面，提供一种绘图仪，包括：移动机构，所述移动机构用于使所述绘图仪能够独立地在绘图纸上移动；绘图笔；定位装置，所述定位装置用于检测绘图笔相对于原点的位置；和控制器，所述控制器控制绘图仪移动到待画图像的起点，并沿待画图像的轨迹移动到待画图像的终点，当所述绘图仪沿待画图像的轨迹移动时，所述绘图笔在绘图纸上画出所述待画图像的轨迹。

根据本发明的另一个方面，提供一种绘图仪的使用方法，包括步骤：将所述绘图仪放置在绘图纸的表面上，并使绘图仪的绘图笔位于原点位置处；和启动绘图仪，使绘图仪通过移动机构独立地在绘图纸的表面上移动直至完成全部绘图操作。

根据本发明的又一个方面，提供一种绘图仪的绘图方法，包括如下步骤：

S0：将待画图像的数据存储在内存中；

S1：将绘图仪放置在绘图纸的表面上，并使绘图仪的绘图笔位于原点位置处；

S2：启动绘图仪；

S3：使绘图仪在控制器的控制下通过移动机构移动到一个待画图像的起点，并沿该待画图像的轨迹移动到该待画图像的终点，当所述绘图仪沿该待画图像的轨迹移动时，所述绘图笔在绘图纸上画出所述待画图像的轨迹；和

S4：控制器判断全部绘画操作是否完成，如果判断结果为‘否’，则执行步骤S3，如果判断为‘是’，则结束绘图。

与现有技术相比，由于本发明的绘图仪具有独立的移动机构和定位装置，因此能够直接移动到待画图像的起点，并沿待画图像的轨迹移动到终点，而不需要逐行或逐列地移动。因此，本发明的绘图仪适用于任何尺寸的绘图纸、绘图速度快，体积小、便于随身携带且能够节省大量电力。

附图说明

图1显示本发明的绘图仪的第一实施例的结构示意图；

图2显示图1所示的绘图仪的控制原理图；

图3显示图1所示的绘图仪的绘图方法；

图4显示图1所示的绘图仪的使用方法或使用过程的示意图；

图5显示采用两个独立的光学位置传感器来检测绘图笔相对于原点的位置的原理图；

图6显示图5所示的光学位置传感器的工作原理图；和

图7显示本发明的绘图仪的第二实施例，其采用一个光学位置传感器和一个角度传感器来检测绘图笔相对于原点的位置。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实例性的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中相同或相似的标号表示相同或相似的元件。下面参考附图描述的实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

【第一实施例】

图1至图6显示本发明的绘图仪的实例性的第一实施例。具体地，图1显示本发明的绘图仪的第一实施例的结构示意图；图2显示图1所示的绘图仪的控制原理图；图3显示图1所示的绘图仪的绘图方法；图4显示图1所示的绘图仪的使用方法或使用过程的示意图；图5显示采用两个独立的光学位置传感器来检测绘图笔相对于原点的位置的原理图；图6显示图5所示的光学位置传感器的工作原理图。

如图1所示，在本实施例中，绘图仪包括主体1、绘图笔2、定位装置3、移动机构4和控制器5。

具体地，在本实施例中，如图1所示，控制器5安装在主体1中，这样，绘图仪就相当于一个独立的自治机器人。但是，本发明不局限于此，控制器5也可以位于个人计算机、PDA或移动电脑中，绘图仪通过USB线或无线方式连接到个人计算机、PDA或移动电脑上，以便与之保持通信。

具体地，在本实施例中，如图1所示，绘图笔2和定位装置3安装在主体1的下部。但是，本发明不局限于此，绘图笔2和定位装置3可安装在任何适当的位置。

具体地，在本实施例中，如图1所示，移动机构4为电机驱动的滚轮，在控制器的控制下，滚轮带动整个绘图仪按照控制指令自由移动。但是，本发明不局限于此，移动机构4还可以是履带式移动机构，或者现有技术中的其它任一种移动机构。

在本实施例中，定位装置3用于实时地检测绘图笔2(或者说成绘图仪)相对于绘图纸的原点(或称为初始位置)的当前位置，请注意，这里提及的‘原点’根据实际需要确定，例如，如图4所示，可以把‘原点P0’确定为绘图纸的左上角，但是，本发明不局限于此，根据实际需要，‘原点’可以位于绘图纸的任意一个位置处。

如图2和图4所示，控制器5与绘图笔2、定位装置3和移动机构4保持通信连接。具体地，控制器5实时接收定位装置3检测到的绘图笔2的位置，并控制移动机构4将绘图仪移动到预定位置，和控制绘图笔2在该预定位置上绘图。

根据本发明的一个优选实施例，如图5所示，绘图仪的定位装置由两个独立的光学位置传感器构成。图5显示采用两个独立的光学位置传感器来检测绘图笔相对于原点的位置的原理图。在如图5所示的实施例中，绘图仪包括两个独立的光学位置传感器301、302和绘图笔2。具体地，在图5中，将两个独立的光学位置传感器分别标示为第一光学位置传感器301和第二光学位置传感器302。不妨假设当绘图仪移动到某一位置时，第一光学位置传感器301相对于原点的位置为(XS1，YS1)，第二光学位置传感器302相对于原点的位置为(XS2，YS2)，绘图笔2相对于原点的位置为(XP1，YP1)，绘图笔2与第一光学位置传感器301之间的距离为L1，绘图笔2与第二光学位置传感器302之间的距离为L2，那么可以获得如下公式：

(XS1-XP1)²+(YS1-YP1)²＝L1²(1)

(XS2-XP1)²+(YS2-YP1)²＝L2²(2)

其中，第一光学位置传感器301相对于原点的位置(XS1，YS1)可由第一光学位置传感器301直接测得，第二光学位置传感器302相对于原点的位置(XS2，YS2)可由第二光学位置传感器302直接测得，距离L1，L2可预先测得。因此，能够根据上面的两个公式(1)和(2)计算出绘图笔2相对于原点的位置(XP1，YP1)。

尽管图5显示了采用两个独立的光学位置传感器的实施例，但是，本发明不局限于此，也可以设置三个或三个以上的光学位置传感器，这样，能够更精确和更可靠地检测绘图笔相对于原点的位置。

如图6所示，在本发明的一个优选实施例中，构成定位装置3的第一光学位置传感器301和第二光学位置传感器302均为反射式光学位置传感器，其包括光发射器3a和光接收器3b。如图6所示，光发射器3a向绘图纸6的表面发射光束，然后，光接收器3b接收从绘图纸6的表面反射的光束，并根据所接收到的信息来计算绘图笔2相对于原点的当前位置。在计算出绘图笔2相对于原点的当前位置后，控制器5根据所获得的当前位置来驱动绘图笔2在绘图纸6上执行绘图操作。

需要说明的是，尽管在本发明的上述优选实施例中采用了光学位置传感器，但是，本发明不局限于此，也可以采用现有技术中存在的其它类型的位置传感器，例如，声学位置传感器，或者采用现有技术中存在的任何一种合适的位置传感器。这些变化均应落入本发明的保护范围内。

根据本发明的一个优选实施例，绘图仪还包括绘图笔操作机构(未图示)，该绘图笔操作机构用于放下或收起绘图笔2，更具体地，该绘图笔操作机构可以由马达或电机驱动。需要说明的是，本发明不局限于此，绘图笔2也可以不用收起，而一直与绘图纸的纸面保持预定间隙或刚好接触。

根据本发明的一个优选实施例，绘图笔2为具有单色的单个笔。需要说明的是，本发明不局限于此，绘图笔2还可以为具有不同颜色的多个笔，当该绘图笔为具有不同颜色的多个笔时，绘图仪还需要包括笔切换装置，用于切换具有不同颜色的多个笔，当需要使用某个颜色的笔时，就把该颜色的笔切换出来使用。

根据本发明的一个优选实施例，本发明的绘图仪还可以包括纠偏装置，该纠偏装置根据绘图仪的理论位置与定位装置检测到的实际位置之差来实时调整绘图仪的位置，使绘图仪能够精确地沿预定路径或待画图像的轨迹移动。由于自主移动机器人的轨迹跟踪控制技术已属于较成熟的技术，因此，这里省略了对它的详细说明。现有技术中的任何轨迹跟踪控制技术，例如PID控制技术，均合并到本文中，成为本文的一部分。

根据本发明的另一个优选实施例，绘图笔2为喷墨绘图笔，并且绘图纸6为普通绘图纸。采用喷墨绘图笔和普通绘图纸的优点是价格便宜。但是，需要说明的是，本发明的绘图仪不局限于上述喷墨式绘图仪，还可以是激光式绘图仪、针式绘图仪或其它任何现有的一种绘图仪。

根据本发明的又一个优选实施例，控制器5采用ARM处理器，但是，本发明不局限于此，也可以采用其它任何适当的低功耗处理器。

根据本发明的又一个优选实施例，绘图仪配备有内置电池，作为供电电源。但是，请注意，本发明不局限于此，本发明也可以通过变压器与外部电源连接，或通过USB接口与外部供电设备连接，如PC机。这些变化理应落入本发明的保护范围内。

图4显示图1所示的绘图仪的使用方法或使用过程的示意图。如图4所示，在本实施例中，首先，将绘图仪放置在绘图纸6的表面上，并使绘图仪的绘图笔2位于原点位置处，例如图4所示的P0位置；然后，启动绘图仪，控制器根据第一个待画图像的数据，规划出从原点P0到第一个待画图像的起点P1的移动路径，然后向移动机构4发送指令，控制移动机构4将绘图仪从原点P0移动到第一个待画图像的起点P1。需要说明的是，为了减小移动距离，提高绘图速度，不妨假设移动路径为连接原点P0和起点P1的直线，因为直线距离最短。

如图4所示，第一个待画图像为一条直线L，其起点为P1，终点为P2。当定位装置检测到绘图仪已移动到直线L的起点P1时，放下绘图笔，然后控制器控制绘图仪沿直线L的轨迹移动到直线L的终点P2，在绘图仪沿直线L的轨迹移动时，绘图笔在控制器的控制下，将与定位装置所检测到的绘图笔的位置对应的待画图像的数据画在绘图纸上。这样就完成了直线L的绘图。

在完成直线L的绘图操作之后，控制器根据第二个待画图像的数据，规划出从第一个待画图像的终点P2到第二个待画图像的起点P3的移动路径，然后向移动机构4发送指令，控制移动机构4将绘图仪从第一个待画图像的终点P2移动到第二个待画图像的起点P3。

如图4所示，第二个待画图像为一个圆弧A，其起点为P3，终点为P4。当定位装置检测到绘图仪已移动到圆弧A的起点P3时，放下绘图笔，然后控制器控制绘图仪沿圆弧A的轨迹移动到圆弧A的终点P4，在绘图仪沿圆弧A的轨迹移动时，绘图笔在控制器的控制下，将与定位装置所检测到的绘图笔的位置对应的待画图像的数据画在绘图纸上。这样就完成了圆弧A的绘图。

以此类推，绘图仪还可以画出第三个待画图像，如图4所示，第三个待画图像是由四条直线段组成的封闭矩形R，对于封闭图像，其起点和终点是重合的，因此，矩形R的轨迹为P5-＞P6-＞P7-＞P8-＞P5。

以此类推，绘图仪还可以画出第四个待画图像，如图4所示，第四个待画图像是一个封闭的圆C，其起点和终点均为P9。

图3显示图1所示的绘图仪的绘图方法。如图3所示，在本实施例中，该画方法包括步骤：

S0：将待画图像的数据存储在内存中；

S1：将绘图仪放置在绘图纸的表面上，并使绘图仪的绘图笔位于原点位置处；

S2：启动绘图仪；

S3：使绘图仪在控制器的控制下通过移动机构移动到一个待画图像的起点，并沿该待画图像的轨迹移动到该待画图像的终点，当所述绘图仪沿该待画图像的轨迹移动时，所述绘图笔在绘图纸上画出所述待画图像的轨迹；和

S4：控制器判断全部绘画操作是否完成，如果判断结果为‘否’，则执行步骤S3，如果判断为‘是’，则结束绘图。

但是，需要说明的是，由于待画图像的数据可以根据算法实时生成，也可以预先生成并存储在硬盘等存储设备中，使用时直接从硬盘中读取。因此，根据本发明的一个实例性实施例，上述步骤S0可以包括根据算法实时生成待画图像的数据的步骤，也可以包括从预先存储有待画图像的数据的存储介质中读取待画图像的数据的步骤。

【第二实施例】

图7显示本发明的绘图仪的第二实施例，其采用一个光学位置传感器311和一个角度传感器312来检测绘图笔相对于原点的位置。

如图7所示，本发明的第二实施例所示的绘图仪与第一实施例所示的绘图仪的区别仅在于：第二实施例的绘图仪的定位装置由一个光学位置传感器311和一个角度传感器312构成，而不是由两个光学位置传感器构成。

在图7中，虚线表示未旋转时的绘图仪，实线表示旋转后的绘图仪。

在本实施例中，如图7所示，光学位置传感器311能够实时获得该光学位置传感器311相对于原点的当前位置(XS1，YS1)，角度传感器312能够实时获得绘图仪相对于初始时刻的旋转角度α_1。因此，可以得到下面的计算公式：

XP1＝XS1-L1*COS(α₀+α₁)(3)

YP1＝YS1-L1*SIN(α₀+α₁)(4)

在公式(3)和(4)中，α₀为绘图仪在初始时刻时的初始角度，其可以预先测得；L1为绘图笔2与光学位置传感器311之间的距离，其可以预先测得；光学位置传感器311相对于原点的当前位置(XS1，YS1)可由光学位置传感器311直接测得。

尽管图7显示了采用一个独立的光学位置传感器和一个独立的角度传感器的实施例，但是，本发明不局限于此，也可以设置二个或二个以上的光学位置传感器和两个或两个以上的角度传感器，这样，能够更精确和更可靠地检测绘图笔相对于原点的位置。

【其它可能的变化例】

尽管已经描述了两种不同实施例，但是，本发明还存在其它可能的变化例，例如，绘图仪还能够包括无线或有线通信接口(未图示)，这样，绘图仪就可以通过无线或有线通信接口与局域网或因特网连接，从而成为一台网络绘图设备。这些变化例理应落入本发明的保护范围内。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种绘图仪，其特征在于，所述绘图仪包括：

移动机构(4)，所述移动机构(4)用于使所述绘图仪能够独立地在绘图纸(6)上移动；

绘图笔(2)；

定位装置(3)，所述定位装置(3)用于检测绘图笔(2)相对于原点的位置；和

控制器(5)，所述控制器(5)控制绘图仪移动到待画图像的起点，并沿待画图像的轨迹移动到待画图像的终点，当所述绘图仪沿待画图像的轨迹移动时，所述绘图笔在绘图纸上画出所述待画图像的轨迹。

2.根据权利要求1所述的绘图仪，其特征在于，所述定位装置(3)包括至少两个位置传感器(301，302)。

3.根据权利要求1所述的绘图仪，其特征在于，所述定位装置(3)包括至少一个位置传感器(311)和至少一个角度传感器(312)。

4.根据权利要求2或3所述的绘图仪，其特征在于，还包括绘图笔操作机构，所述绘图笔操作机构用于放下或收起所述绘图笔(2)。

5.根据权利要求1所述的绘图仪，其特征在于，所述绘图笔操作机构由马达驱动。

6.根据权利要求2或3所述的绘图仪，其特征在于，所述绘图笔(2)为具有单色的单个笔或者为具有不同颜色的多个笔，当所述绘图笔为具有不同颜色的多个笔时，所述绘图仪还包括笔切换装置，用于切换具有不同颜色的多个笔。

7.根据权利要求1所述的绘图仪，其特征在于，所述移动机构(4)为滚轮式移动机构或履带式移动机构。

8.根据权利要求1所述的绘图仪，其特征在于，还包括纠偏装置，所述纠偏装置根据绘图仪的理论位置与定位装置检测到的实际位置之差来实时调整绘图仪的位置。

9.根据权利要求1所述的绘图仪的使用方法，包括如下步骤：

将所述绘图仪放置在绘图纸的表面上，并使绘图仪的绘图笔位于原点位置处；和

启动绘图仪，使绘图仪通过移动机构独立地在绘图纸的表面上移动直至完成全部绘图操作。

10.根据权利要求1所述的绘图仪的绘图方法，包括如下步骤：

S0：将待画图像的数据存储在内存中；

S1：将绘图仪放置在绘图纸的表面上，并使绘图仪的绘图笔位于原点位置处；

S2：启动绘图仪；

S3：使绘图仪在控制器的控制下通过移动机构移动到一个待画图像的起点，并沿该待画图像的轨迹移动到该待画图像的终点，当所述绘图仪沿该待画图像的轨迹移动时，所述绘图笔在绘图纸上画出所述待画图像的轨迹；和

S4：控制器判断全部绘画操作是否完成，如果判断结果为‘否’，则执行步骤S3，如果判断为‘是’，则结束绘图。

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