CN105835535B - 一种用于小型便携式写字机的笔画式书写方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种写字机及其书写方法，写字机包括机架及壳体；壳体上设有输入接口，壳体底部设有书写窗；机架上设有书写机构、位移机构和行走机构；书写机构为安装有书写笔，并控制书写笔完成抬笔落笔状态切换的书写机构；位移机构为控制书写机构形成书写轨迹的位移机构；行走机构为控制写字机整机行走以切换待书写区域的行走机构。其书写方法是通过不断改变第一、第二电机的转动方向和/或转速以带动书写机构在书写窗内产生位移，结合书写机构控制书写笔落笔抬笔，进行打点式书写或笔画式逐笔书写来完成书写标识功能。本发明结构合理，维护简单，整套机构的成本较低，且耗材便宜易更换，具有很好的实用性和推广意义。

Description

一种用于小型便携式写字机的笔画式书写方法
技术领域
本发明涉及一种用途为特征而构造选择性印刷机构，具体涉及一种写字机及其书写方法。
背景技术
当今，标识技术在工业方面的应用范围越来越广，应用的复杂性大为增加，使得标识成为各种行业生产中不可缺少的重要组成部分。业界主要采用喷码机在包装上进行标识的实时印刷，其运用带电的墨水微粒，由高压电场偏转的原理，在各种物体表面上喷印上图案文字和数码，是一种机电一体化的智能设备。喷码机广泛应用于包装工业、食品工业、化妆品工业、医药工业、汽车等零件加工行业、电线电缆行业、铝塑管行业、烟酒行业以及其它领域，可用于喷印生产日期、批号、条型码以及商标图案、防伪标记和中文字样，是贯彻卫生法和促进包装现代化强有力的设备。
现有喷码机如中国专利文献CN201192929Y所公开的便携式手持喷码机，由主控机和与主控机连接的喷头构成；喷头包括喷头外壳，在喷头外壳上固定有喷头手柄，在喷头手柄上固定有喷码控制开关，在喷头外壳的前端上部固定有信号输出端与主控机连接的同步器；使用者手握手柄并将同步器紧贴待喷码平面进行移动，喷码控制开关就会控制喷头在产品的外包装上喷印各种产品信息。其结构较为精密，喷码的原理的是利用油墨带电偏转的方式将油墨偏移出正常的飞行路线，射向工作物的表面，整套系统的造价较高，耗材也较为昂贵，同步器在长期使用的磨损下会降低精度，上述不足限制了喷码机的应用领域。因此，急需一种可靠性更高、成本更低的可以替代喷码机的产品和标识方法来解决如上技术问题。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种写字机及其书写方法。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的写字机，包括机架及安装于机架外的壳体；
所述壳体上设有输入接口，所述壳体底部设有书写窗；
所述机架上设有书写机构、位移机构和行走机构；
所述书写机构为安装有可拆卸的书写笔，并控制书写笔完成抬笔、落笔状态切换的书写机构；
所述位移机构为控制书写机构在书写窗内形成书写轨迹的位移机构；
所述行走机构为控制所述写字机整机行走以切换书写窗对应的待书写区域的行走机构。
优选的，所述位移机构包括第一电机、第二电机、导轨、滑座、惰轮、同步轮和同步带，
所述导轨沿X轴方向布置，所述滑座与导轨滑动配合；所述惰轮是安装于滑座上的四个，所述同步轮安装于机架上，所述同步轮包括第一主动轮、第一从动轮、第二主动轮和第二从动轮，第一主动轮安装于第一电机的输出轴上，第二主动轮安装于第二电机的输出轴上；所述同步带安装于惰轮和同步轮上并呈空心的工字形，四个惰轮分别位于工字形的一竖线与两横线连接处的四个转折处，四个同步轮分别位于工字形的四个端点上；
所述滑座上具有沿Y轴方向布置的滑轨，所述滑轨上具有与之滑配的滑块，所述滑块固定连接于同步带上，所述书写机构安装于滑块上。
优选的，所述书写机构包括书写电机、凸轮和书写笔；所述书写电机固定设置于滑块上，所述凸轮受书写电机驱动，所述书写机构还包括设置于滑块上、位于凸轮下方、用于安装书写笔、并与凸轮配合使得书写笔完成起落状态切换的安装座。
进一步优选的，所述安装座上部设有与凸轮配合的接触部，下部设有受力于安装座和滑块底壳之间的复位弹簧；
所述书写笔可拆卸的安装在安装座上；
当书写电机转动使得凸轮的凸出部面向安装座上的接触部时，安装座的接触部抵靠凸轮的凸出部，复位弹簧受力形变，安装座及其上安装的书写笔下落切换至落笔书写状态；
当书写电机转动使得凸轮的非凸出部面向安装座上的接触部时，复位弹簧受力减小或消失，使得安装座抬起至其接触部抵靠凸轮的非凸出部，书写笔抬起切换至抬笔非书写状态。
优选的，所述行走机构包括行走轮和行走电机，所述行走电机的输出轴安装有第一伞形齿轮，所述第一伞形齿轮与行走轮轴上的第二伞形齿轮相啮合。
优选的，所述写字机壳体长和宽的尺寸均不大于20cm。
优选的，所述第一电机和第二电机为步进电机或伺服电机，所述导轨包括平行设置的第一导轨和第二导轨。优选的，所述壳体上还设有显示屏。该显示屏用于信息显示和/或人机交互。
优选的，所述同步带的内侧具有凸齿，所述第一主动轮和第二主动轮上具有与所述凸齿相互匹配的外齿，所述滑座上具有与所述凸齿配合的固定槽。
本发明同时提供一种用于上述写字机的书写方法，该工作方法包括如下步骤：
点阵化待书写文字的步骤：将通过输入接口输入的文字点阵化，存储点阵化后各点对应的位置信息；
整机行走切换书写窗的步骤：根据点阵化待书写文字的步骤输出的位置信息，通过行走机构移动整机使得书写窗位于待书写区域上方；
书写窗内移动书写机构的步骤：通过改变第一电机和第二电机的转动方向和/或转速来实现等效于XY轴的插补运算，以带动滑块上的书写机构在书写窗内位移；
书写的步骤：通过整机行走切换书写窗的步骤和书写窗内移动书写机构的步骤带动书写机构位移至文字点阵化后各点的位置上方，利用书写机构实现落笔和抬笔的状态切换，逐一打点完成书写。
本发明同时提供另一种用于上述写字机的书写方法，该工作方法包括如下步骤：
待书写文字笔画分解的步骤：将通过输入接口输入的文字按笔画分解，并存储按笔画顺序的待书写轨迹和坐标变化，以及上述待书写轨迹和坐标变化对应的位置信息和驱动信息；所述驱动信息包括第一、第二电机的转向和转速参数；
整机行走切换书写窗的步骤：根据上述步骤输出的位置信息，通过行走机构移动整机使得书写窗位于待书写区域上方；
书写窗内移动书写机构的步骤：根据笔画分解的步骤输出的对应待书写轨迹的驱动信息，通过改变第一电机和第二电机的转动方向和/或转速以带动滑块上的书写机构在书写窗内位移；
书写的步骤：通过整机行走切换书写窗的步骤和书写窗内移动书写机构的步骤带动书写机构位移至起笔位置，利用书写机构实现的落笔和抬笔的状态切换，来实现笔画起笔的落笔动作和笔画收笔的抬笔动作，通过书写窗内移动书写机构的步骤带动书写机构在书写窗内位移来形成笔画书写动作，按待书写轨迹逐笔完成书写。
有益效果：本发明提供的写字机及其书写方法，其使用的位移机构，可以通过不断改变第一电机和第二电机的转动方向和/或转速以带动滑块上的书写机构在书写窗内产生位移，结合书写机构利用凸轮机构进行书写落笔和抬笔状态的切换，利用可拆卸的书写笔如油性记号笔、荧光笔等进行书写，其可以很便捷地实现点阵化后的打点式书写或笔画式逐笔书写以完成书写标识功能；
通过本发明提供的构造和方法实现按笔画式逐笔书写时，输出文字具有更好的连续性和一致性；
本发明同时可根据需要选择使用不同耗材笔芯的书写笔，灵活满足用户所需，且耗材便宜易于更换；
同时本发明很巧妙地利用行走轮克服了位移机构移动范围的不足，在一个移动范围内书写结束后，行走机构可以带动整机进入下一待书写区域进行书写，使得整机的体积可以做得很小，很好地满足了小型化和便携式的使用需求。
总而言之，本发明很好地取代了现有喷码机喷墨带电偏转的方式，结构合理，维护简单，整套机构的成本较低，且耗材便宜易更换，具有很好的实用性和推广意义。
附图说明
图1是本发明中书写机构的装配图；
图2是本发明中书写机构的结构示意主视图；
图3是本发明中书写机构的结构示意立体图；
图4是本发明中书写机构的内部结构示意主视图；
图5是本发明中书写机构的内部结构示意立体图；
图6是使用本发明中书写机构的写字机的整体结构示意图；
图7是图6中壳体内部机框部分的结构示意图；
图8是图6的装配图；
图9是图8中位移机构和书写机构的装配图；
图10是图9中位移机构沿Y轴向上运动的原理图；
图11是图9中位移机构沿Y轴向下运动的原理图；
图12是图9中位移机构沿X轴向左运动的原理图；
图13是图9中位移机构沿X轴向右运动的原理图；
图中：上盖1-1，中壳1-2，底座1-3，位移机构2，书写机构3，书写电机3-1，凸轮3-2，书写笔3-3，上滑块座3-4，窗口3-41，齿条状固定槽3-44，安装座3-5，复位弹簧3-51，接触部3-52，下滑块座3-6，滑块底部3-61，电路板3-7，行走机构4，行走轮4-1，行走电机4-2，第一主动轮5-1，第二主动轮5-2，第一从动轮5-3，第二从动轮5-4，第一电机6-1，第二电机6-2，惰轮7，同步带8。
具体实施方式
实施例：
下面结合附图和实施例对本发明作更进一步的说明。
本实施例提供了一种便携式写字机，其整机外形如图6所示，具有盒状的壳体，壳体长和宽均为14cm，壳体包括上盖1-1，中壳1-2和底座1-3，在上盖1-1上具有USB接口、操作按键和显示屏，底座1-3的底部具有行走轮，底座中部设有书写窗，在壳体内安装有机框(即机架)。当然写字机壳体长和宽的尺寸可以根据需要设计，优选长和宽均不大于20cm的便携式构造。
如图7和图8所示，在上盖1-1、中壳1-2和底座1-3包围形成的空间中安装有机框，机框上安装位移机构2、书写机构3和行走机构4，各自负责笔的位移、落笔抬笔以及行走的动作，即：所述书写机构3为安装有可拆卸的书写笔，并控制书写笔完成抬笔、落笔状态切换的书写机构；所述位移机构2为控制书写机构在书写窗内形成书写轨迹的位移机构；所述行走机构4为控制所述写字机整机行走以切换书写窗对应的待书写区域的行走机构。
行走机构4包括行走轮4-1和行走电机4-2，行走电机4-2可采用直流减速电机或步进电机或伺服电机，其动力输出与行走轮轴通过一对伞形齿轮相互啮合，即所述行走电机的输出轴安装有第一伞形齿轮，所述第一伞形齿轮与行走轮轴上的第二伞形齿轮相啮合，可对行走距离和进行精确的控制。使用时将行走轮4-1放在待书写平面的上方，作为整个机架的支撑点，当书写机构3在位移机构2的移动范围内书写结束后，行走机构4可以带动整机进入下一待书写区域进行书写。也可以将书写和行走的动作同步执行。
如图9所示，位移机构包括第一电机、第二电机、导轨、滑座、惰轮7、同步轮和同步带8，所述第一电机和第二电机可采用步进电机或伺服电机。其中导轨沿X轴方向布置，滑座与导轨滑动配合。惰轮7有四个，分别安装在滑座的四个角上。四个同步轮安装于机架的四个角上，包括第一主动轮5-1、第一从动轮5-3、第二主动轮5-2和第二从动轮5-4，其中第一主动轮具有外齿，安装在第一电机6-1的输出轴上；第二主动轮5-2也具有外齿，安装在第二电机6-2的输出轴上；同步带8安装于惰轮7和同步轮上并呈空心的工字形，四个惰轮7分别位于工字形的一竖线与两横线连接处的四个转折处，四个同步轮分别位于工字形的四个端点上。同步带8的内侧具有凸齿。
在滑座上具有沿Y轴方向布置的滑轨，所述滑轨上具有与之滑配的滑块，所述滑块设有用于啮合固定同步带的齿条状固定槽3-44，与同步带8上的凸齿相互咬合形成固定的连接。
所述书写机构安装于滑块上，包括固定设置于滑块上的书写电机3-1、安装于书写电机3-1的输出轴上受书写电机驱动的凸轮3-2，以及设于凸轮下方、用于安装书写笔3-3、并与凸轮配合使得书写笔完成起落状态切换的安装座3-5。所述书写电机3-1可采用直流减速电机或步进电机。
如图1所示，所述滑块由上滑块座3-4与下滑块座3-6对接构成，上滑块座3-4上设有窗口3-41，下滑块座3-6的底部为滑块底部3-61，所述凸轮3-2上设有手杆，如图2、3所示，所述凸轮3-2受书写电机驱动并设置于窗口3-41位置。
如图1所示，所述安装座3-5上部设有与凸轮配合的接触部3-52，下部设有受力于安装座和滑块底部3-61之间的复位弹簧3-51，复位弹簧3-51可对称设置；
如图4、5所示，当书写电机3-1转动使得凸轮3-2的凸出部面向安装座上的接触部3-52时，安装座的接触部3-52抵靠凸轮3-2的凸出部，复位弹簧3-51受力形变，安装座及其上安装的书写笔3-3下落切换至落笔书写状态。
当书写电机3-1转动使得凸轮3-2的非凸出部面向安装座上的接触部3-52时，复位弹簧3-51受力减小或消失，使得安装座抬起至其接触部3-52抵靠凸轮3-2的非凸出部，书写笔3-3抬起切换至抬笔非书写状态(该状态未在图中示出)。
所述书写笔3-3包括笔帽和笔身，笔身内部装有书写耗材，本实施例中书写笔3-3为油性记号笔或荧光笔，其可拆卸的安装在安装座3-5上：本实施例中所述安装座3-5下部设有卡槽，所述书写笔3-3的尾部设有卡扣，书写笔通过卡扣插入卡槽中可拆卸的安装在安装座上。当然也可以是所述书写笔3-3和安装座3-5通过螺纹配合可拆卸的安装在安装座上等其他可拆卸可替换方式。本发明中不仅书写笔本身可以很方便的从书写机构上拆卸，以根据实际所需进行更换和补充，也可通过更换书写笔笔身内部耗材替芯的方式，进行耗材的更换和补充。
滑块上还设有通过FPC排线与写字机信号电路连接的电路板3-7，所述电路板3-7与书写电机3-1电路连接。
使用时，当第一电机和第二电机的输出轴同向同速转动时，滑块沿Y轴方向移动；当第一电机和第二电机的输出轴异向同速转动时，滑块沿X轴方向移动：如图10所示，当第一电机5-1和第二电机5-2的输出轴同向同速逆时针转动时，位移机构带动书写机构3沿Y轴向上移动。如图11所示，当第一电机5-1和第二电机5-2的输出轴同向同速顺时针转动时，位移机构带动书写机构3沿Y轴方向向下移动。如图12所示，当第一电机5-1和第二电机5-2的输出轴以相反转向同速向内转动时，位移机构带动书写机构3沿X轴向左运动。如图13所示，当第一电机5-1和第二电机5-2的输出轴以相反转向同速向外转动时，位移机构带动书写机构3沿X轴向右运动。同时，当第一电机和第二电机的输出轴中有且只有一个转动时，滑块沿斜线方向移动；当第一电机和第二电机的输出轴同向或异向不同速转动时，滑块沿弧线方向移动。因为当第一电机和第二电机具有转速差的时候(即两个电机的输出轴的转速不同，转速比不等于1)，滑座整体带动滑块在X轴方向上的移动与滑块沿着皮带在Y轴方向的移动相互叠加，两个运动的合成即可使得滑块带动书写笔形成斜线、弧线等轨迹。
因此，对于某一笔画或某一系列连续笔画，书写机构可以一次落笔并沿着笔画轨迹进行运动，模仿人工书写形成印字，最终完成书写。还可以是，结合点阵化文字和打点的方式形成书写轨迹。
本实施例提供的一种用于上述写字机的书写方法，包括如下步骤：
点阵化待书写文字的步骤：将通过输入接口输入的文字点阵化，存储点阵化后各点对应的位置信息；所述位置信息包含书写窗位置信息及对应到书写窗内XY轴坐标的位置信息；
整机行走切换书写窗的步骤：根据点阵化待书写文字的步骤输出的位置信息，通过行走机构移动整机使得书写窗位于待书写区域上方；
书写窗内移动书写机构的步骤：通过改变第一电机和第二电机的转动方向和/或转速来实现等效于XY轴的插补运算，以带动滑块上的书写机构在书写窗内位移；上述改变第一电机和第二电机的转速包括改变第一电机和第二电机输出轴的转速比和/或转速差；
书写的步骤：通过整机行走切换书写窗的步骤和书写窗内移动书写机构的步骤带动书写机构位移至文字点阵化后各点的位置上方，利用书写机构实现落笔和抬笔的状态切换，逐一打点完成书写。
本实施例提供的另一种用于上述写字机的书写方法，包括如下步骤：
待书写文字笔画分解的步骤：将通过输入接口输入的文字按笔画分解，并存储按笔画顺序的待书写轨迹和坐标变化，以及上述待书写轨迹和坐标变化对应的位置信息和驱动信息；所述位置信息包含书写窗位置信息及对应到书写窗内XY轴坐标的位置信息；所述驱动信息包括第一、第二电机的转向和转速参数；
整机行走切换书写窗的步骤：根据上述步骤输出的位置信息，通过行走机构移动整机使得书写窗位于待书写区域上方；
书写窗内移动书写机构的步骤：根据笔画分解的步骤输出的对应待书写轨迹的驱动信息，通过改变第一电机和第二电机的转动方向和/或转速以带动滑块上的书写机构在书写窗内位移；上述改变第一电机和第二电机的转速包括改变第一电机和第二电机输出轴的转速比和/或转速差；
书写的步骤：通过整机行走切换书写窗的步骤和书写窗内移动书写机构的步骤带动书写机构位移至起笔位置，利用书写机构实现的落笔和抬笔的状态切换，来实现笔画起笔的落笔动作和笔画收笔的抬笔动作，通过书写窗内移动书写机构的步骤带动书写机构在书写窗内位移来形成笔画书写动作，按待书写轨迹逐笔完成书写。
以上实施列对本发明不构成限定，相关工作人员在不偏离本发明技术思想的范围内，所进行的多样变化和修改，均落在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种用于小型便携式写字机的笔画式书写方法，其特征在于：该方法用于小型便携式写字机，其包括机架及安装于机架外的壳体；
所述壳体上设有输入接口，壳体底部设有书写窗；
所述机架上设有书写机构、位移机构和行走机构；
所述书写机构为安装有可拆卸的书写笔，并控制书写笔完成抬笔、落笔状态切换的书写机构；
所述位移机构为控制书写机构在书写窗内形成书写轨迹的位移机构；
所述行走机构为控制所述写字机整机行走以切换书写窗对应的待书写区域的行走机构；
所述写字机壳体长和宽的尺寸均不大于20cm；
所述位移机构包括第一电机、第二电机、导轨、滑座和同步带，所述滑座上具有沿Y轴方向布置的滑轨，所述滑轨上具有与之滑配的滑块，所述滑块固定连接于同步带上，所述书写机构安装于滑块上；
所述书写机构包括书写电机、凸轮和书写笔；所述书写电机固定设置于滑块上，所述凸轮受书写电机驱动，所述书写机构还包括设置于滑块上、位于凸轮下方、用于安装书写笔、并与凸轮配合使得书写笔完成起落状态切换的安装座；
所述滑块设有用于啮合固定同步带的齿条状固定槽；
所述位移机构还包括惰轮和同步轮，所述导轨沿X轴方向布置，所述滑座与导轨滑动配合；所述惰轮是安装于滑座上的四个，所述同步轮安装于机架上，所述同步轮包括第一主动轮、第一从动轮、第二主动轮和第二从动轮，第一主动轮安装于第一电机的输出轴上，第二主动轮安装于第二电机的输出轴上；所述同步带安装于惰轮和同步轮上并呈空心的工字形，四个惰轮分别位于工字形的一竖线与两横线连接处的四个转折处，四个同步轮分别位于工字形的四个端点上；
所述安装座上部设有与凸轮配合的接触部，下部设有受力于安装座和滑块底壳之间的复位弹簧；所述书写笔可拆卸的安装在安装座上；当书写电机转动使得凸轮的凸出部面向安装座上的接触部时，安装座的接触部抵靠凸轮的凸出部，复位弹簧受力形变，安装座及其上安装的书写笔下落切换至落笔书写状态；当书写电机转动使得凸轮的非凸出部面向安装座上的接触部时，复位弹簧受力减小或消失，使得安装座抬起至其接触部抵靠凸轮的非凸出部，书写笔抬起切换至抬笔非书写状态；
该方法包括如下步骤：
待书写文字笔画分解的步骤：将通过输入接口输入的文字按笔画分解，并存储按笔画顺序的待书写轨迹和坐标变化，以及上述待书写轨迹和坐标变化对应的位置信息和驱动信息；所述驱动信息包括第一、第二电机的转向和转速参数；
整机行走切换书写窗的步骤：根据上述步骤输出的位置信息，通过行走机构移动整机使得书写窗位于待书写区域上方；
书写窗内移动书写机构的步骤：根据笔画分解的步骤输出的对应待书写轨迹的驱动信息，通过改变第一电机和第二电机的转动方向和/或转速以带动滑块上的书写机构在书写窗内位移；
书写的步骤：通过整机行走切换书写窗的步骤和书写窗内移动书写机构的步骤带动书写机构位移至起笔位置，利用书写机构实现的落笔和抬笔的状态切换，来实现笔画起笔的落笔动作和笔画收笔的抬笔动作，通过书写窗内移动书写机构的步骤带动书写机构在书写窗内位移来形成笔画书写动作，按待书写轨迹逐笔完成书写。
2.根据权利要求1所述的用于小型便携式写字机的笔画式书写方法，其特征在于：所述行走机构包括行走轮和行走电机，所述行走电机的输出轴安装有第一伞形齿轮，所述第一伞形齿轮与行走轮轴上的第二伞形齿轮相啮合。
3.根据权利要求1所述的用于小型便携式写字机的笔画式书写方法，其特征在于：所述第一电机和第二电机为步进电机或伺服电机，所述导轨包括平行设置的第一导轨和第二导轨，所述壳体上还设有显示屏。
4.根据权利要求1所述的用于小型便携式写字机的笔画式书写方法，其特征在于：所述同步带的内侧具有凸齿，所述第一主动轮和第二主动轮上具有与所述凸齿相互匹配的外齿。
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