CN105654813B - 基于三针驱动器的盲文学习机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及盲文学习机领域，具体涉及一种基于三针驱动器的盲文学习机。包括从上到下依次安装的触摸板、复位板、第一层固定板、第二层固定板和底板，触摸板上设有多行均匀排列的盲文点位孔，第一层固定板上安装有与盲文点位孔一一对应的触点结构，复位板与第一层固定板之间设有复位机构，触点结构下方连接有三针驱动器，三针驱动器在第二层固定板的通槽中移动。触点结构为纯机械结构，触点一旦形成，驱动机构不再工作，降低了系统的功耗，克服了继电器因衔铁长期处于工作状态所产生的磁滞老化而造成的失效现象，复位板与复位机构配合，学习机在失电的情况下也可以一键复位，提高了系统的稳定性和使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及盲文学习机领域，具体涉及一种基于三针驱动器的盲文学习机。
背景技术
根据国家权威部门统计，中国是世界上盲人最多的国家，截止到2012年10月，我国有1350万视力残疾人，550多万盲人。盲人获取知识和技能的渠道比较单一，一般是通过盲文书籍或专用设备。盲文是专门为盲人设计，依靠触觉感知文字，由法国人路易•布莱尔于1842年创造，左右两列共6点组成一方，通过每个点的凸起或不凸起的63种组合(没有6个点都不凸起)，来代表盲文的声母、韵母、数字、英文字母等，通过组合不同的盲文拼音组成不同的发音。按照这种规则制作盲文书籍或专用设备供盲人阅读。
无论是通过盲文书籍还是专用设备进行阅读，都需要先掌握不同的凸点组合所代表的发音和含义。传统的学习方法是由教师讲授盲文教学书籍中不同凸点组合的发音及含义，盲人通过触摸书籍凸点位置记忆并掌握凸点组合。传统盲文书籍由盲文打印机在铁皮上冲压出凸点制成印版，使用印版对牛皮纸加压制成盲文书籍。从原材料（上等木材）到制作工艺，盲文书籍的成本都较普通书籍高很多。盲文学习的过程是不断触摸按压凸点，并记忆凸点组合的过程。对初学者，出于人体本能的反应，在不熟练的情况下，会不由自主的加大按压力度以得到更强烈的触摸反馈，进而造成凸点磨损甚至消失，对书籍的损耗很大。而盲文学习专用设备（点显器或点位机）可以通过一定的操作显示出相应的盲文凸点供盲人学习和阅读，其凸点为硬质材料，克服了纸质书籍易在学习和阅读过程中损耗的缺点。如清华大学自动化系语言文字信息处理研究中心研制的点显器，可以将电脑上的文字信息通过读屏软件翻译成盲文后自动显示出来，盲人可以用手触摸盲文单元上变化的盲文点字来获取电脑屏幕上显示的信息，此机器简单易学，盲人朋友易于接受。南京特殊教育职业技术学院的张居晓教授提出了一种基于电极的盲文学习机，通过低中频高压电子脉冲，产生电刺激感觉识别盲文，这种方法对人体有一定的伤害。韩国设计师Seon-Keun Park等用电子活性聚合物（EAP）设计了盲文学习机，以EAP受到电刺激时产生的形变实现盲文凸点的显示，此学习机体积小，便于盲人携带。英国学者Marshall,JE和西班牙学者Camargo,CJ等提出用碳纳米管橡胶混合物作为驱动元件，在灯光照射下发生形变组成布莱尔点，此学习机结构复杂，不易使用。日本学者Haga,Y等提出了用形状记忆合金（SMA）和磁性弹簧锁来实现盲文的显示，此学习机所用的SMA为智能高分子材料，价格昂贵。
这些盲文学习设备，是以不同的技术手段，达到使不同材料呈现预定凹凸点的目的，其价格与科技含量和显示的方数成正比，一般售价在10，000-30，000人民币之间，对于普通的盲人家庭或绝大部分的盲人学校来说难以大范围普及，很大程度上用于研究和展示。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于三针驱动器的盲文学习机，主要用于阅读盲文以及学习盲文,便于视觉障碍人士和弱视群体携带。
本发明的技术方案是：基于三针驱动器的盲文学习机，包括从上到下依次安装的触摸板、复位板、第一层固定板、第二层固定板和底板，触摸板上设有多行均匀排列的盲文点位孔，第一层固定板上安装有与盲文点位孔一一对应的触点结构，复位板与第一层固定板之间设有复位机构，触点结构下方连接有三针驱动器，三针驱动器在第二层固定板的通槽中移动。
所述触点结构包括顶杆、底座和套筒，底座包括底盘和均匀分布在底盘上部的斜齿A，所述顶杆包括触点和均匀分布在触点下部的斜齿B，斜齿A与斜齿B相配合，套筒内均匀分布有楔子，楔子设有与卡爪配合的U型槽,套筒上与U型槽对应的部位开设有通槽。
所述复位机构包括压杆，压杆一端连接有按钮，压杆下方设置有两个复位框架，复位框架下方设有支撑，支撑安装在第一层固定板上，压杆上方设置有复位板，复位板上设置有与盲文点位孔一一对应的圆孔，圆孔上沿圆周均匀分布有3个卡爪。
所述三针驱动器固定在固定架中，固定架上固定有电路板。
所述固定架为“]”架，固定架的顶层和底层均设有用于三针驱动器的固定孔A，中部设有用于固定电路板的固定孔B。
所述底板安装有电机和齿条，电机上连接有与齿条配合的齿轮，齿条固定在固定架上。
所述齿条为直齿条，与其配合的齿轮为正齿轮。
所述电机为步进电机。
所述三针驱动器由3个驱动器组件构成，驱动器组件包括端盖，端盖内安装有推杆、衔铁和铁芯，推杆和衔铁连接，推杆在铁芯内部上下移动，端盖外部缠绕线圈。
所述铁芯和衔铁的材质为镍锌铁氧体。
本发明的有益效果是：本发明符合盲文点字的排布规则，适合盲人的阅读习惯，结构装置精巧，盲文触点的控制易于实现，能够快速生成盲文以及及时更新盲文，有助于提高盲人的阅读效率以及生活质量，体积小、重量轻便于盲人携带，相对于已产品化的盲文显示装置，本发明成本低（原材料成本低和加工制造成本低），有利于盲文阅读机的推广和普及，让大部分盲人弱势群体受益，具有巨大的经济前景和社会价值，触点结构为纯机械结构，触点一旦形成，驱动机构不再工作，降低了系统的功耗，克服了继电器因衔铁长期处于工作状态所产生的磁滞老化而造成的失效现象，复位板与复位机构配合，学习机在失电的情况下也可以一键复位，提高了系统的稳定性和使用寿命，学习机采用通用元器件价格低廉，易于控制整机成本，利于推广使用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是复位板的结构示意图。
图3是复位机构的结构示意图。
图4是三针驱动器的结构示意图。
图5是触点结构的第一状态示意图。
图6是触点结构的第二状态示意图。
图7是触点结构的第三状态示意图。
图8是触点结构的第四状态示意图。
图9是固定架的结构示意图。
附图标记：1，触摸板； 2，第一层固定板；3，三针驱动器；4，第二层固定板；5，底板；6，触点结构；7，电机；8，齿轮；9，齿条；10，复位板；11盲文点位孔；12，圆孔；13，卡爪；14，压杆；15，按钮；16，复位框架；17，支撑；18，顶杆；20，底座；21，底盘；22，斜齿A；23，触点；24，斜齿B；25，楔子；26，U型槽；27，固定架；28，电路板；29，固定孔A；30，固定孔B；31，铁芯；32，线圈；33，推杆；34，衔铁；35，端盖。
具体实施方式
基于三针驱动器的盲文学习机，包括从上到下依次安装的触摸板1、复位板10、第一层固定板2、第二层固定板4和底板5，触摸板1上设有多行均匀排列的盲文点位孔11，复位板10设有与盲文点位孔11一一对应的圆孔12，圆孔12上沿圆周均匀分布有3个卡爪13,第一层固定板2上安装有与盲文点位孔11一一对应的触点结构6，复位板10与第一层固定板2之间设有复位机构，复位机构包括压杆14，压杆14一端连接有按钮15，压杆14下方设置有两个复位框架16，复位框架16下方设有支撑17，支撑17安装在第一层固定板2上, 触点结构6包括顶杆18、底座20和套筒，底座20包括底盘21和均匀分布在底盘21上部的斜齿A22，所述顶杆18包括触点23和均匀分布在触点23下部的斜齿B24，斜齿A22与斜齿B24相配合，套筒内部均匀分布有楔子25，楔子25设有与卡爪13配合的U型槽26, 套筒上与U型槽对应的部位开设有通槽，触点结构6下方连接有三针驱动器3，三针驱动器3在第二层固定板2的通槽中移动；三针驱动器3固定在固定架27中，固定架27上固定有电路板28，固定架27为“]”架，固定架27的顶层和底层均设有用于三针驱动器3的固定孔A29，中部设有用于固定电路板28的固定孔B30，底板5安装有电机7和齿条9，电机7为步进电机，电机7上连接有与齿条9配合的齿轮8，齿条9固定在固定架27上，齿条9为直齿条，与其配合的齿轮8为正齿轮，三针驱动器3由3个驱动器组件构成，驱动器组件包括端盖35，端盖35内安装有推杆33、衔铁34和铁芯31，推杆33和衔铁34连接，推杆33在铁芯31内部上下移动，端盖35外部缠绕线圈32，铁芯31和衔铁34的材质为镍锌铁氧体。
触摸板上有60个排列规整的盲文点位孔，顶杆穿过盲文点位孔形成触点。根据中国盲文GB/T15720-2008规定，盲文触点的底部直径为1.0-1.6 mm,触点顶部到底部的垂直距离即点高为0.2-0.5 mm，一方盲符内相邻两个点位上凸点底面圆心间的距离即点距为2.2-2.8 mm，左右相邻两方盲符临近两个点位上凸点底面圆心间的距离即方距为3.5-4.0mm，本发明的盲文触点底面直径为1.5 mm，点距为2.8 mm，方距为4 mm，触摸板的结构如图1所示，四个角各有一个安装孔，便于与其他板安装在一起。
复位板设有与盲文点位孔一一对应的圆孔，圆孔上沿圆周均匀分布有3个卡爪，卡爪插入楔子上的U型槽内，按压按钮，按钮带动压杆向下运动，压杆向下压复位框架一侧，根据杠杆原理，复位框架另一侧向上翘起，顶起复位板向上移动，卡爪顶起顶杆，顶杆就落下，凸点消失，使得学习机所有凸点一键全复位，如果触点结构没有形成凸点，则卡爪上升不起作用。
第一层固定板中有60个与触摸板的盲文点位孔相对应的触点结构，每个触点结构都包含有底座、顶杆和套筒，如图3所示，底座顶起顶杆，顶杆穿过触摸板的盲文点位孔固定在套筒内侧的楔子上，形成凸点；底座再一次顶起顶杆，顶杆就落下，凸点消失。套筒内均匀分布三个相同规格的楔子，与底座的斜齿A和顶杆的斜齿B配合，共同形成触点，底座上部分均匀分布三个相同规格的向上的斜齿A，用来与顶杆的斜齿B契合推动触点向上运动，下部的底盘与套筒的底盘契合，保证底座运动轨迹稳定，顶杆的圆周均匀分布三个相同规格的向下的斜齿B，与底座的斜齿A和套筒内的楔子契合，触点穿过点位孔就可形成凸点。
套筒、底座和顶杆相互配合形成凸点和凸点消失的过程如图6所示。为了清楚地显示三者的配合，套筒的外壳未显示。第一状态即起始状态，顶杆和底座卡在套筒内，底座斜齿和顶杆斜齿相互配合，如图5所示；第二状态，底座顶起顶杆，使顶杆的第一个斜齿高过楔子，后底座落下，由于顶杆的第一个斜齿和楔子相互契合，故顶杆顺时针旋转下落，如图6所示；第三状态，底座落下，顶杆的斜齿固定在套筒的楔子上，高出0.3 mm，顶杆穿过触摸板的点位孔，凸点形成，如图7所示；第四状态，底座顶起顶杆，使顶杆的第二个斜齿高过楔子，后底座落下，由于顶杆的第二个斜齿与楔子相互契合，故顶杆顺时针旋转下落，如图8所示；第五状态，底座落下，顶杆顺时针下落，二者的的斜齿相互配合，凸点消失，回到第一种状态，如图5所示。
第二层固定板主要用于固定三针驱动器的运动轨迹，保证其运动的稳定性，其主要包括三针驱动器，电路板，固定架，三针驱动器固定于固定架中，电路板和固定板之间用螺丝固定，三针驱动器在固定板的空槽中沿x轴方向运动。推杆在电路的控制作用下可以实现通电推杆上升，断电推杆下落的功能，推杆通过顶起底座进而推动顶杆显示出相应的凸点。固定架顶层固定孔和底层固定孔主要用于固定三针驱动器，保证三针驱动器的外壳在y轴方向上保持不变，电路板固定孔主要用于固定电路板。
底板上安装有步进电机，正齿轮，直齿条等，直齿条和固定架焊接在一起，通过电机的转动带动固定架在x轴方向运动。
三针驱动器作为驱动机构推动底座形成凸点，三针驱动器主要有线圈，铁芯，衔铁和推杆等组成，其中，推杆和衔铁为一体，推杆可以在铁芯内部上下运动。线圈通电以后，其内部产生磁场，铁芯被磁场磁化，吸引衔铁向上运动，进而，推杆向上运动，线圈断电后，磁场消失，铁芯退磁，衔铁由于自身重力向下运动，推杆落下。
盲文学习机工作过程如下：单片机根据学习内容完成盲文编码，由步进电机驱动三针驱动器，沿第二层固定板轨道自左向右移动，每移动一列（包含3个点位），按照盲文编码驱动触点结构相应点位凸起，直至20列全部完成，三针驱动器回到初始位置。学习完毕或更换学习内容时，按下复位键，全部凸点复位，然后再进行下一步操作。
盲文学习机可以显示5个汉字，按照盲文编码规则，每个汉字需要用2方（12个点）表示，如果每个触点都使用单独的驱动机构（步进电机或继电器等），则5个汉字共需要60个驱动机构，盲文触点间距按要求为2.8 mm，驱动机构必须排列非常紧密才能达到要求，而紧密排列的结构易造成驱动机构相互之间的强烈干扰。三针驱动器只包含3个驱动部件，通过步进电机控制其位移以扫描的方式完成对相应触点的驱动，与每个触点使用单独驱动机构相比，系统响应速度有所降低，但对盲文学习过程的影响可以忽略。触点结构为纯机械结构，触点一旦形成，驱动机构不再工作，降低了系统的功耗，克服了继电器因衔铁长期处于工作状态所产生的磁滞老化而造成的失效现象，提高了系统的稳定性和使用寿命，学习机采用通用元器件价格低廉，易于控制整机成本，利于推广使用。
Claims (10)
1.基于三针驱动器的盲文学习机，其特征在于：包括从上到下依次安装的触摸板、复位板、第一层固定板、第二层固定板和底板，触摸板上设有多行均匀排列的盲文点位孔，第一层固定板上安装有与盲文点位孔一一对应的触点结构，复位板与第一层固定板之间设有复位机构，触点结构下方连接有三针驱动器，三针驱动器在第二层固定板的通槽中移动。
2.根据权利要求1所述的基于三针驱动器的盲文学习机，其特征在于：所述复位机构包括压杆，压杆一端连接有按钮，压杆下方设置有两个复位框架，复位框架下方设有支撑，支撑安装在第一层固定板上，压杆上方设置有复位板，复位板上设置有与盲文点位孔一一对应的圆孔，圆孔上沿圆周均匀分布有3个卡爪。
3.根据权利要求2所述的基于三针驱动器的盲文学习机，其特征在于：所述触点结构包括顶杆、底座和套筒，底座包括底盘和均匀分布在底盘上部的斜齿A，所述顶杆包括触点和均匀分布在触点下部的斜齿B，斜齿A与斜齿B相配合，套筒内均匀分布有楔子，楔子设有与卡爪配合的U型槽,套筒上与U型槽对应的部位开设有通槽。
4.根据权利要求1所述的基于三针驱动器的盲文学习机，其特征在于：所述三针驱动器固定在固定架中，固定架上固定有电路板。
5.根据权利要求4所述的基于三针驱动器的盲文学习机，其特征在于：所述固定架为“]”架，固定架的顶层和底层均设有用于三针驱动器的固定孔A，中部设有用于固定电路板的固定孔B。
6.根据权利要求4或5所述的基于三针驱动器的盲文学习机，其特征在于：所述底板安装有电机和齿条，电机上连接有与齿条配合的齿轮，齿条固定在固定架上。
7.根据权利要求6所述的基于三针驱动器的盲文学习机，其特征在于：所述齿条为直齿条，与其配合的齿轮为正齿轮。
8.根据权利要求6所述的基于三针驱动器的盲文学习机，其特征在于：所述电机为步进电机。
9.根据权利要求1-5任一所述的基于三针驱动器的盲文学习机，其特征在于：所述三针驱动器由3个驱动器组件构成，驱动器组件包括端盖，端盖内安装有推杆、衔铁和铁芯，推杆和衔铁连接，推杆在铁芯内部上下移动，端盖外部缠绕线圈。
10.根据权利要求9所述的基于三针驱动器的盲文学习机，其特征在于：所述铁芯和衔铁的材质为镍锌铁氧体。
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2016
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