CN107945589B - 基于直线步进电机的点阵成型装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于直线步进电机的点阵成型装置。包括点阵显示平台、分层错位成像矩阵和固定支架机构；所述点阵显示平台安装在固定支架机构顶部，分层错位成像矩阵安装在固定支架机构内部，分层错位成像矩阵顶端连接点阵显示平台；分层错位成像矩阵中直线步进电机的输出轴顶端与升降杆下表面固连，通过对每个直线步进电机的独立驱动实现点阵显示平台中升降杆之间的高低落差，可模拟出3D图像。本发明可实现动态3D图像的模拟，具有长行程、高运动精度、高刷新频率的特点，为虚拟现实视觉感知的人机交互提供硬件支持。

Description

基于直线步进电机的点阵成型装置

技术领域

本发明涉及视觉显示技术领域，特别是涉及了一种基于直线步进电机的点阵成型装置。

背景技术

实时动态三维实体化图像可以更加真实的呈现景象，是一种将二维图像转化三维实体图像的技术。例如在军队信息化指挥作战中，数字军事沙盘可以真实反映地形地貌，且方便军事专家们研究地形、协同作战。由于其三维实体的优势，也可通过触觉感受图像，为盲人对图形图像的认知提供了可能。

但现有技术中的实时动态三维实体化图像的装置通常具有结构复杂、体积庞大、成本过高等缺陷，难以普及。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供了一种基于直线步进电机的点阵成型装置，可以实现实时动态三维实体化成像，为虚拟现实视觉感知的人机交互提供硬件支持。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明包括点阵显示平台、分层错位成像矩阵和固定支架机构；所述点阵显示平台安装在固定支架机构顶部，分层错位成像矩阵安装在固定支架机构内部，分层错位成像矩阵顶端连接点阵显示平台。

所述的点阵显示平台包括成像面板和升降杆矩阵，成像面板的四角开有固定孔，成像面板中心开有由若干方孔阵列组成的方孔矩阵，升降杆矩阵上端贯穿安装于方孔矩阵，升降杆矩阵下端连接分层错位成像矩阵；方孔矩阵是由4×m×n个方孔以2m×2n阵列排布组成，升降杆矩阵是由4×m×n个升降杆以2m×2n阵列排布组成。

所述的固定支架机构包括一个底座、四个支脚杆、四个长定位套筒、十二个短定位套筒、四个电机支撑板和一个成像面板；四个支脚杆的底端分别插装到底座上表面四角的定位孔中，四个支脚杆的顶端分别插装到成像面板四角的固定孔中，四个长定位套筒分别套装在四个支脚杆底部，四层电机支撑板通过自身四角的通孔上下依次套装于四个支脚杆并位于长定位套筒上方，每相邻两层电机支撑板之间的四角均通过套装在支脚杆外的短定位套筒支撑连接。

所述的分层错位成像矩阵主要由4×m×n个直线步进电机以2m×2n阵列排布组成，并且4×m×n个直线步进电机分为四组电机组，四组电机组分别布置支撑在四层电机支撑板上；每组电机组包括m×n个直线步进电机，直线步进电机的输出轴朝上并连接到升降杆矩阵中各自对应的升降杆的下端，直线步进电机的自由轴朝下并安装到电机支撑板上开有的安装孔中。

将升降杆矩阵中以2m×2n阵列排布的升降杆均分为m×n的单元，每个单元包含2×2的四个升降杆，每组电机组的直线步进电机对应连接到所有单元的同一位置的一个升降杆，四组电机组的直线步进电机分别对应连接到单元的四个升降杆。

相邻两组电机组的直线步进电机之间的垂直周期间距不小于L，所述L为直线步进电机的外壳长度。

一个所述直线步进电机构成分层错位成像矩阵的一个单点模块，直线步进电机上端的输出轴与升降杆的下端面内孔嵌套固连。

本发明的有益效果是：

本发明相对于现有技术，简化了结构，并且降低了体积和成本，三维实体化图像显示平面分辨率高，能够实时动态显示各种图像，且只在图像切换时才耗电。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的分层错位成像矩阵示意图。

图3是本发明的单点模块结构示意图。

图4是本发明的点阵显示平台示意图。

图5是本发明的固定支架机构示意图。

图中：1.点阵显示平台，2.分层错位成像矩阵，3.固定支架机构，4.第一组输出轴，5.第一组电机组，6.第二组电机组，7.第二组输出轴，8.第三组输出轴，9.第三组电机组，10.第四组输出轴，11.第四组电机组，24.升降杆矩阵，25.输出轴，26.直线步进电机，27.成像面板，28.成像面板固定孔，29.成像面板方孔，30.支脚杆×4，31.电机支撑板大孔，32.第一层短定位套筒，33.第二层短定位套筒，34.第三层短定位套筒，35.长定位套筒×4，36.电机支撑板中孔，37.电机支撑板小孔，38.第一层电机支撑板，39.第二层电机支撑板，40.第三层电机支撑板，41.第四层电机支撑板，42.底座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细描述。

如图1所示，本发明具体实施包括点阵显示平台1、分层错位成像矩阵2和固定支架机构3；点阵显示平台1安装在固定支架机构3顶部，分层错位成像矩阵2安装在固定支架机构3内部，分层错位成像矩阵2顶端连接点阵显示平台1。

如图4所示，点阵显示平台1包括成像面板27和升降杆矩阵24，成像面板27的四角开有固定孔26，成像面板27中心开有由若干方孔阵列组成的方孔矩阵29，升降杆矩阵24上端贯穿安装于方孔矩阵29，升降杆矩阵24下端连接分层错位成像矩阵2；方孔矩阵29是由4×m×n个方孔以2m×2n阵列排布组成，升降杆矩阵24是由4×m×n个升降杆以2m×2n阵列排布组成，即使得4×m×n个升降杆上端分别对应穿过4×m×n个方孔。

如图5所示，固定支架机构3包括一个底座42、四个支脚杆30、四个长定位套筒35、十二个短定位套筒32、33、34、四个电机支撑板38、39、40、41和一个成像面板27；四个支脚杆30的底端分别插装到底座42上表面四角的定位孔中，四个支脚杆30的顶端分别插装到成像面板27四角的固定孔26中，四个长定位套筒35分别套装在四个支脚杆30底部，四层电机支撑板38、39、40、41通过自身四角的通孔上下依次套装于四个支脚杆30并位于长定位套筒35上方，每相邻两层电机支撑板之间的四角均通过套装在支脚杆30外的短定位套筒32、33、34支撑连接。

具体实施中四层电机支撑板分别为第一层电机支撑板38、第二层电机支撑板39、第三层电机支撑板40和第四层电机支撑板41，第一层电机支撑板38、第二层电机支撑板39、第三层电机支撑板40和第四层电机支撑板41通过自身四角的通孔套装在四个支脚杆30并位于长定位套筒35上方，第一层电机支撑板38和第二层电机支撑板39之间的四角均通过套装在支脚杆30外的第一短定位套筒32支撑连接，第二层电机支撑板39和第三层电机支撑板40之间的四角均通过套装在支脚杆30外的第二短定位套筒33支撑连接，第三层电机支撑板40和第四层电机支撑板41之间的四角均通过套装在支脚杆30外的第三短定位套筒34支撑连接。

如图3所示，分层错位成像矩阵2主要由4×m×n个直线步进电机26以2m×2n阵列排布组成，并且4×m×n个直线步进电机26分为四组电机组，四组电机组分别布置在不同的高度，分层错位成像矩阵2由四块电机支撑板38，39，40，41固定，四组电机组分别布置支撑在四层电机支撑板上；每组电机组包括m×n个直线步进电机26，m为不小于4的整数，n为不小于2的整数；直线步进电机26的输出轴25朝上并连接到升降杆矩阵24中各自对应的升降杆的下端，直线步进电机26的自由轴朝下并安装到电机支撑板上开有的安装孔中。

一个直线步进电机26构成分层错位成像矩阵2的一个单点模块，直线步进电机26上端的输出轴25与升降杆24的下端面内孔嵌套固连，通过对每个直线步进电机的独立控制实现升降杆24的各种高低排列，以实现模拟3D实体化图像。

具体实施中，直线步进电机26采用申请日为2017/12/11、申请号为2017113098389的中国发明专利申请中发明内容所记载的《用于点阵图像成型和触觉反馈的直线步进电机》技术方案。

将升降杆矩阵24中以2m×2n阵列排布的升降杆均分为m×n的单元，每个单元包含2×2的四个升降杆，每组电机组的直线步进电机26对应连接到所有单元的同一位置的一个升降杆，四组电机组的直线步进电机26分别对应连接到单元的四个升降杆。

例如，具体实施中如图2所示，四组电机组分别为第一组电机组5、第二组电机组6、第三组电机组9和第四组电机组11，2×2的四个升降杆布置形成田字形，第一组电机组5的第一组输出轴4连接到田字形中的左上角，第二组电机组6的第二组输出轴7连接到田字形中的左下角，第三组电机组9的第三组输出轴8连接到田字形中的右上角，第四组电机组10的第四组输出轴10连接到田字形中的右下角。

具体实施中，电机支撑板上开有由中孔36和小孔37组成的阶梯孔，直线步进电机26下端的自由轴插装到小孔37中，并且直线步进电机26下端的自由轴外的滑动轴承装在中孔36中。

为了能够满足平面分辨率5x5mm的要求，本实施采用了分层错位空间布局的方法以满足直线步进电机的排布，提高模拟3D成像质量。第一组电机5与第一组输出轴4在最上层，第二组电机6与第二组输出轴7在第二层，第三组电机9与第三组输出轴8在第三层，第四组电机11与第四组输出轴10在第四层，每层的直线步进电机26都错位分布。每层直线步进电机26的滑动轴承外表面17与对应的电机支撑板38，39，40，41的中孔36串连，直线步进电机的外壳下端面16与电机支撑板41的上表面接触，输出轴4，7，8，10与电机支撑板38，39，40，41的小孔34串连。

方孔矩阵29中的方孔、升降杆矩阵24中的升降杆和分层错位成像矩阵2中的直线步进电机三者的数量和阵列布置排布均相同，一一对应，从而通过分层错位成像矩阵2中不同的直线步进电机运动带动升降杆运动伸出方孔，形成一个可动态变化的3D图像呈现。每个升降杆24都穿过成像面板27中的方孔矩阵29，起定位作用并使得升降杆24只能上下运动，升降杆矩阵24由x×y个单点模块组成，由此组成一个可动态变化的3D图像。

由上述实施可见，本发明可实现动态3D图像的模拟，具有长行程、高运动精度、高刷新频率的特点，为虚拟现实视觉感知的人机交互提供硬件支持。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于直线步进电机的点阵成型装置，其特征在于：包括点阵显示平台（1）、分层错位成像矩阵（2）和固定支架机构（3）；所述点阵显示平台（1）安装在固定支架机构（3）顶部，分层错位成像矩阵（2）安装在固定支架机构（3）内部，分层错位成像矩阵（2）顶端连接点阵显示平台（1）。

2.根据权利要求1所述的一种基于直线步进电机的点阵成型装置，其特征在于：所述的点阵显示平台（1）包括成像面板（27）和升降杆矩阵（24），成像面板（27）的四角开有固定孔（28），成像面板（27）中心开有由若干方孔阵列组成的方孔矩阵（29），升降杆矩阵（24）上端贯穿安装于方孔矩阵（29），升降杆矩阵（24）下端连接分层错位成像矩阵（2）；方孔矩阵（29）是由4×m×n个方孔以2m×2n阵列排布组成，升降杆矩阵（24）是由4×m×n个升降杆以2m×2n阵列排布组成；

所述的固定支架机构（3）包括一个底座（42）、四个支脚杆（30）、四个长定位套筒（35）、十二个短定位套筒（32、33、34）、四个电机支撑板（38、39、40、41）和一个成像面板（27）；四个支脚杆（30）的底端分别插装到底座（42）上表面四角的定位孔中，四个支脚杆（30）的顶端分别插装到成像面板（27）四角的固定孔（28）中，四个长定位套筒（35）分别套装在四个支脚杆（30）底部，四层电机支撑板（38、39、40、41）通过自身四角的通孔上下依次套装于四个支脚杆（30）并位于长定位套筒（35）上方，每相邻两层电机支撑板之间的四角均通过套装在支脚杆（30）外的短定位套筒（32、33、34）支撑连接；

所述的分层错位成像矩阵（2）主要由4×m×n个直线步进电机（26）以2m×2n阵列排布组成，并且4×m×n个直线步进电机（26）分为四组电机组，四组电机组分别布置支撑在四层电机支撑板上；每组电机组包括m×n个直线步进电机（26），直线步进电机（26）的输出轴（25）朝上并连接到升降杆矩阵（24）中各自对应的升降杆的下端，直线步进电机（26）的自由轴朝下并安装到电机支撑板上开有的安装孔中。

3.根据权利要求2所述的一种基于直线步进电机的点阵成型装置，其特征在于：将升降杆矩阵（24）中以2m×2n阵列排布的升降杆均分为m×n的单元，每个单元包含2×2的四个升降杆，每组电机组的直线步进电机（26）对应连接到所有单元的同一位置的一个升降杆，四组电机组的直线步进电机（26）分别对应连接到单元的四个升降杆。

4.根据权利要求2所述的一种基于直线步进电机的点阵成型装置，其特征在于：相邻两组电机组的直线步进电机之间的垂直周期间距不小于L，所述L为直线步进电机的外壳长度。

5.根据权利要求2所述的一种基于直线步进电机的点阵成型装置，其特征在于：一个所述直线步进电机（26）构成分层错位成像矩阵（2）的一个单点模块，直线步进电机（26）上端的输出轴（25）与升降杆的下端面内孔嵌套固连。