CN108829009B - 机器人人机交互立体显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种机器人人机交互立体显示装置。其包括：外壳、升降显示单元、定位板、底座和控制器，所述外壳呈顶部开口结构，安装在所述底座上部，所述升降显示单元具有多个，呈矩阵状排列设置于所述外壳内组成立体显示界面，所述定位板固定安装在所述外壳内，每个所述升降显示单元和所述定位板均为滑动连接，所述控制器和所述升降显示单元连接，用于控制所述升降显示单元运行。本发明创造性的设计出了一种可以进行机器人与普通人类用户之间进行人机交互立体显示装置，使其可以真正立体的显示眼睛耳朵等五官，或者是一些表达情绪或者是用于交互的图形符号，提高了机器人的人机交互水平，做到机器人显示屏显示出不仅能看见的图形信息还能显示出图形实体的装置，同时还可实现在显示不同图形条件下的人机交互功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种立体显示装置，具体的，涉及一种家用或者服务型机器人上的人机交互立体显示装置。
背景技术
随着科技的进步和人类整体生活水平的不断提高，人类对自动化机械的需求和依赖越来越高，机器人也不仅仅是在工业制造的流水线上运行的机器，越来越多的机器人走入到人类的日常生活中，人们对机器人的要求也越来越高。例如公开号为：CN207139820U的专利，其公开了一种由头部、躯干部、臂部、腿部和脚部构成的仿人形躯体，还包括蓄电池组、中央处理器、移动通信模块、触控传感器、摄像头、数字拾音器、显示屏、语音喇叭、超声波传感器、待机开关、USB插接口、差速驱动轮和万向轮。其采用的是一块平面的显示屏用于显示或者人机交互，其显示的是平面图形或者是平面模拟的3D图形，在越来越注重用户体验的今天这种显示屏已经无法满足人类对机器人显示交互的需求，目前缺乏一种机器人用的立体显示器，用于显示机器人的眼睛耳朵等五官，或者是一些表达情绪或者是用于交互的图形符号，做到机器人显示屏显示出不仅能看见的图形信息还能显示出图形实体的装置，同时还可实现在显示不同图形条件下的人机交互。
在现有技术中最接近本发明的背景技术是公开号为：CN203547178U的实用新型专利，其保护的是一种可升降舞台的控制系统，其可以实现产生一个立体的舞台，但这种系统只能应用于大面积的舞台之上，其采用的是齿轮、电机、钢丝减速器等结构实现台柱升降，同时只能安装于水平地面使用，其无论是结构还是控制方式都无法应用于家用或者服务型机器人的显示屏上。
可见，在现有技术中缺少本发明中的这种机器人人机交互立体显示装置。
发明内容
针对背景技术中存在的问题，本发明提供了一种机器人人机交互立体显示装置，其技术方案如下：
一种机器人人机交互立体显示装置，其包括：外壳、升降显示单元、定位板、底座和控制器，所述外壳呈顶部开口结构，安装在所述底座上部，所述升降显示单元具有多个，呈矩阵状排列设置于所述外壳内组成立体显示界面，所述定位板固定安装在所述外壳内，每个所述升降显示单元和所述定位板均为滑动连接，所述控制器和所述升降显示单元连接，用于控制所述升降显示单元运行；其特征为：每个所述升降显示单元均包括：LED灯、上管、下管、永磁体和电磁线圈；所述定位板包括：安装孔、套筒；每个所述升降显示单元均对应一个安装孔；所述LED灯、所述上管、所述下管和所述永磁体由上到下依次连接；
所述LED灯和所述上管位于所述定位板的上方，且所述上管的外径大于所述安装孔的内径，所述下管穿过所述安装孔，所述下管与所述安装孔间隙配合；
所述下管外周有两个相对设置的滑动槽，每个所述滑动槽的底部设置有弹性触点，两个所述弹性触点通过导线分别连接所述LED灯的两极，导线穿过所述上管和所述下管内部，所述安装孔圆周上有两个相对设置的导电凸块，所述导电凸块与所述滑动槽滑动连接，实现所述下管与所述安装孔的相对滑动，两个所述导电凸块分别通过所述定位板内的导线连接直流电源DC1和接地。
在每个所述安装孔中连接所述导电凸块的导线上设置有电流传感器，用于检测所述导电凸块的通电情况，所述电流传感器与控制器通信连接。
优选的，所述升降显示单元还包括弹簧；所述套筒套设在所述下管、所述弹簧以及所述永磁体外部，所述套筒上端连接所述定位板下端，所述套筒下端连接所述外壳内底部；所述弹簧安装在所述永磁体和所述定位板之间，所述弹簧的上部抵接在所述定位板下端，所述弹簧的下部抵接在所述永磁体的上端；在所述套筒内、所述外壳内底部上固定设置有所述电磁线圈。
优选的，所述电磁线圈具有磁芯结构，其产生的磁场方向平行于所述升降显示单元的运动方向，所述电磁线圈的一端连接直流电源DC2，所述电磁线圈的另一端串联有开关MOS管，所述开关MOS管的D极连接所述电磁线圈，所述开关MOS管的S极接地，所述开关MOS管的G极连接所述控制器，所述控制器设置于所述安装座内。
优选的，所述套筒套设在所述下管和所述永磁体外部，所述套筒上端连接所述定位板下端，所述套筒下端连接所述外壳内底部；在所述套筒内，所述外壳内底部上固定设置有所述电磁线圈。
优选的，所述电磁线圈具有磁芯结构，其产生的磁场方向平行于所述升降显示单元的运动方向，所述电磁线圈的输入输出端均连接在逆变器输出端上，所述逆变器供电端连接电源DC2以及接地，所述逆变器的控制端连接所述控制器，所述控制器设置于所述安装座内。
优选的，所述升降显示单元组成的显示矩阵为10×10～3000×3000。
优选的，所述套筒和定位板均由非导磁材料制成。
本发明创造性的设计出了一种可以进行机器人与普通人类用户之间进行人机交互立体显示装置，并将其应用于家用或者服务型机器人上的显示装置，使其可以真正立体的显示眼睛耳朵等五官，或者是一些表达情绪或者是用于交互的图形符号，提高了机器人的人机交互水平，做到机器人显示屏显示出不仅能看见图形信息还能显示出图形实体的装置，同时还可实现在显示不同图形条件下的人机交互功能。
附图说明
附图1为机器人人机交互立体显示装置的整体结构图；
附图2为定位板的结构图；
附图3为实施例1中的升降显示单元安装和控制结构图；
附图4为实施例2中的升降显示单元安装和控制结构图；
附图5-6为实施例1中的升降显示单元的工作原理图；
附图7-8为实施例2中的升降显示单元的工作原理图；
附图9机器人人机交互立体显示装置的成像图；
附图标记说明：1、外壳；2升降显示单元；201、LED灯；202、上管；203、下管；2031、滑动槽；2032、弹性触点；204弹簧；205、永磁体；206电磁线圈；3、定位板；301、安装孔；302、导电凸块；303、套筒；4、安装座；5、控制器；6、P、逆变器；T、开关MOS管；6、电流传感器
具体实施方式
实施例1
如图1-3所示的一种机器人人机交互立体显示装置，其包括：外壳1、升降显示单元2、定位板3、底座4和控制器5，外壳1呈顶部开口结构，安装在底座4上部，升降显示单元2具有多个，呈矩阵状排列设置于外壳1内组成立体显示界面，定位板3固定安装在外壳1内，每个升降显示单元2和定位板3均为滑动连接，控制器5和升降显示单元2连接，用于控制其运行。
每个升降显示单元2均包括：LED灯201、上管202、下管203、滑动槽2031；弹性触点2032、弹簧204、永磁体205、电磁线圈206。
定位板3包括：安装孔301、导电凸块302、套筒303，每个升降显示单元2均对应一个安装孔301。
LED灯201、上管202、下管203和永磁体205由上到下依次连接，LED灯201和上管202位于定位板3的上方，且上管202的外径大于安装孔301的内径，下管203穿过安装孔301，下管203与安装孔301间隙配合，下管203外周有两个相对设置的滑动槽2031，每个滑动槽2031底部设置有弹性触点2032，两个弹性触点2032通过导线分别连接LED灯201的两极，导线穿过上管202和下管203内部，安装孔301圆周上有两个相对设置的导电凸块302，导电凸块302与滑动槽2031滑动连接，实现下管203与安装孔301的相对滑动，导电凸块302分别通过定位板3内的导线连接直流电源DC1和接地。
弹簧204安装在永磁体205和定位板3之间，弹簧204的上部抵接在定位板3下端，弹簧204的下部抵接在永磁体205的上端，套筒303和定位板3均由非导磁材料制成。
套筒303套设在下管203、弹簧204以及永磁体205外部，其上端连接定位板3下端，下端连接外壳1内底部，在套筒303内、外壳1内底部上固定设置有电磁线圈206。电磁线圈206具有磁芯结构，其产生的磁场方向平行于升降显示单元2的运动方向，电磁线圈206的一端连直流电源DC2，电磁线圈206的另一端串联有开关MOS管T，开关MOS管T的D极连接电磁线圈206，开关MOS管T的S极接地，开关MOS管T的G极连接控制器5，控制器5设置于安装座4内。
在每个安装孔301中连接导电凸块302的导线上设置有电流传感器6，用于检测该连接导电凸块302的通电情况，电流传感器6与控制器5通信连接。
如图5、9所示，该机器人人机交互立体显示装置显示原理为：上位机向该机器人人机交互立体显示装置输入一个图形信息，控制器根据图形信息控制开关MOS管T的导通或者关闭，当开关MOS管T导通时电磁线圈206通电产生磁场，电磁线圈206的磁场S极和永磁体205的S极相对，相互排斥，使得永磁体205朝远离电磁线圈206的一侧运动，永磁体205运动带动整个升降显示单元2运动，弹簧204被压缩，导电凸块302与滑动槽2031相对滑动，当导电凸块302接触到滑动槽2031下底部时运动停止，这时滑动槽2031底部的弹性触点2032和导电凸块302接触通电，使得LED灯201的两极分别与直流电源DCZ和接地端导通，LED灯201被点亮。这时输入的图形信息被以凸出点亮的形式在升降显示单元2组成的矩阵上显示出来，呈现立体的效果(黑色表示点亮升起，白色表示未点亮升起)。每个LED灯相当于一个显示像素块。
当开关MOS管T关闭时，电磁线圈206断开磁场消失，弹簧204从压缩状态恢复，带动永磁体205向电磁线圈206运动，从而带动整个升降显示单元2运动，导电凸块302与滑动槽2031相对滑动，滑动槽203Z底部的弹性触点2032和导电凸块302脱离接触，使得LED灯20Z的两极分别与直流电源DCZ和接地端断开，LED灯熄灭。
如图6该机器人人机交互立体显示装置交互方法为，在控制器5控制LED灯20Z被点亮后控制器5开始接收电流传感器6采集的电流信号当点亮的LED灯20Z被人为按下后，滑动槽2031底部的弹性触点2032和导电凸块302脱离接触，使得LED灯20Z的两极分别与直流电源DCZ和接地端断开，LED灯熄灭，这时电流传感器6接收到该LED灯电流中断的信号，并将该信号传输给控制器5，控制器5将收集到的所有LED灯被按下的信号后进行编码，将所有被按下LED灯的信息传送给上位机，上位机判断该信息并控制机器人和/或交互装置做出相应的反馈。在人手离开LED灯20Z后，LED灯20Z恢复被按下之前的状态。
实施例2
如图1-2、4所示的一种机器人人机交互立体显示装置，其包括：外壳1、升降显示单元2、定位板3、底座4和控制器5，外壳1呈顶部开口结构，安装在底座4上部，升降显示单元2具有多个，呈矩阵状排列设置于外壳1内组成立体显示界面，定位板3固定安装在外壳1内，每个升降显示单元2和定位板3均为滑动连接，控制器5和升降显示单元2连接，用于控制其运行，控制器5位于底座4内。
每个升降显示单元2均包括：LED灯201、上管202、下管203、滑动槽2031；弹性触点2032、永磁体205、电磁线圈206。
定位板3包括：安装孔301、导电凸块302、套筒303，每个升降显示单元2均对应一个安装孔301。
LED灯201、上管202、下管203和永磁体205由上到下依次连接，LED灯201和上管202位于定位板3的上方，且上管202的外径大于安装孔301的内径，下管203穿过安装孔301，下管203与安装孔301间隙配合，下管203外周有两个相对设置的滑动槽2031，每个滑动槽2031底部设置有弹性触点2032，两个弹性触点2032通过导线分别连接LED灯201的两极，导线穿过上管202和下管203内部，安装孔301圆周上有两个相对设置的导电凸块302，导电凸块302与滑动槽2031滑动连接，实现下管203与安装孔301的相对滑动，导电凸块302分别通过定位板3内的导线连接直流电源DC1和接地。
套筒303套设在下管203以及永磁体205外部，其上端连接定位板3下端，下端连接外壳1内底部，在套筒303内、外壳1内底部上固定设置有电磁线圈206，套筒303和定位板3均由非导磁材料制成。
电磁线圈206具有磁芯结构，其产生的磁场方向平行于升降显示单元2的运动方向，电磁线圈的输入输出端均连接在逆变器P上，逆变器还连接电源DC2以及接地，逆变器的控制端连接控制器5，控制器5设置于安装座4内。
在每个安装孔301中连接导电凸块302的导线上设置有电流传感器6，用于检测该连接导电凸块302的通电情况，电流传感器6与控制器5通信连接。
如图8-9所示，该机器人人机交互立体显示装置显示原理为：上位机向该机器人人机交互立体显示装置输入一个图形信息，控制器5根据图形信息控制逆变器P中功率器件(例如IGBT、三极管、MOS管等)的导通状态，通过控制逆变器P的导通状态控制电磁线圈206的电流方向通过控制电磁线圈206的电流方向，实现控制电磁线圈206的磁场方向。
当控制电磁线圈206的磁场方向和永磁体205的磁场方相反时，电磁线圈206和永磁体205相互排斥，使得永磁体205朝远离电磁线圈206的一侧运动，永磁体205运动带动整个升降显示单元2运动，导电凸块302与滑动槽2031相对滑动，当导电凸块302接触到滑动槽2031下底部时运动停止这时滑动槽2031底部的弹性触点2032和导电凸块302接触通电，使得LED灯201的两极分别与直流电源DC1和接地端导通，LED灯201被点亮。这时输入的图形信息被以凸出点亮的形式在升降显示单元2组成的矩阵上显示出来，呈现立体的效果(黑色表示点亮升起，白色表示未点亮升起)，每个LED灯相当于一个显示像素块。
当控制电磁线圈206的磁场方向和永磁体205的磁场方向相同时，电磁线圈206和永磁体205相互吸引，使得永磁体205向电磁线圈206运动，从而带动整个升降显示单元2运动，导电凸块302与滑动槽2031相对滑动，滑动槽2031底部的弹性触点2032和导电凸块302脱离接触，使得LED灯201的两极分别与直流电源DC1和接地端断开，LED灯熄灭。
如图8该机器人人机交互立体显示装置交互方法为，在控制器5控制LED灯201被点亮后控制器5开始接收电流传感器6采集的电流信号，当点亮的LED灯201被人为按下后，滑动槽2031底部的弹性触点2032和导电凸块302脱离接触，使得LED灯201的两极分别与直流电源DC1和接地端断开，LED灯熄灭，这时电流传感器6接收到该LED灯电流中断的信号，并将该信号传输给控制器5，控制器5将收集到的所有LED灯被按下的信号后进行编码，将所有被按下LED灯的信息传送给上位机，上位机判断该信息并控制机器人和/或交互装置做出相应的反馈。在人手离开LED灯201后，LED灯201恢复被按下之前的状态。
上述仅为发明的较佳实施例及所运用技术原理，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，容易想到的变化或替换实施方式，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种机器人人机交互立体显示装置，其包括：外壳（1）、升降显示单元（2）、定位板（3）、底座（4）和控制器（5），所述外壳（1）呈顶部开口结构，安装在所述底座（4）上部，所述升降显示单元（2）具有多个，呈矩阵状排列设置于所述外壳（1）内组成立体显示界面，所述定位板（3）固定安装在所述外壳（1）内，每个所述升降显示单元（2）和所述定位板（3）均为滑动连接，所述控制器（5）和所述升降显示单元（2）连接，用于控制所述升降显示单元（2）运行；其特征为：每个所述升降显示单元（2）均包括： LED灯（201）、上管（202）、下管（203）、永磁体（205）和电磁线圈（206）；所述定位板（3）包括：安装孔（301）、套筒（303）；每个所述升降显示单元（2）均对应一个安装孔（301）；所述LED灯（201）、所述上管（202）、所述下管（203）和所述永磁体（205）由上到下依次连接；
所述LED灯（201）和所述上管（202）位于所述定位板（3）的上方，且所述上管（202）的外径大于所述安装孔（301）的内径，所述下管（203）穿过所述安装孔（301），所述下管（203）与所述安装孔（301）间隙配合；
所述下管（203）外周有两个相对设置的滑动槽（2031），每个所述滑动槽（2031）的底部设置有弹性触点（2032），两个所述弹性触点（2032）通过导线分别连接所述LED灯（201）的两极，导线穿过所述上管（202）和所述下管（203）内部，所述安装孔（301）圆周上有两个相对设置的导电凸块（302），所述导电凸块（302）与所述滑动槽（2031）滑动连接，实现所述下管（203）与所述安装孔（301）的相对滑动，两个所述导电凸块（302）分别通过所述定位板（3）内的导线连接直流电源DC1和接地；
在每个所述安装孔（301）中连接所述导电凸块（302）的导线上设置有电流传感器（6），用于检测所述导电凸块（302）的通电情况，所述电流传感器（6）与控制器（5）通信连接；
其交互原理为：在控制器（5）控制LED灯（201）被点亮后控制器（5）开始接收电流传感器（6）采集的电流信号，当点亮的LED灯（201）被人为按下后，滑动槽（2031）底部的弹性触点（2032）和导电凸块（302）脱离接触，使得LED灯（201）的两极分别与直流电源DC1和接地端断开，LED灯（201）熄灭，这时电流传感器（6）接收到该LED灯（201）电流中断的信号，并将该信号传输给控制器（5），控制器（5）将收集到的所有LED灯（201）被按下的信号后进行编码，将所有被按下LED灯（201）的信息传送给上位机，上位机判断该信息并控制机器人人机交互立体显示装置做出相应的反馈，在人手离开LED灯（201）后，LED灯（201）恢复被按下之前的状态。
2.根据权利要求1所述的机器人人机交互立体显示装置，其特征在于：所述升降显示单元（2）还包括弹簧（204）；所述套筒（303）套设在所述下管（203）、所述弹簧（204）以及所述永磁体（205）外部，所述套筒（303）上端连接所述定位板（3）下端，所述套筒（303）下端连接所述外壳（1）内底部；所述弹簧（204）安装在所述永磁体（205）和所述定位板（3）之间，所述弹簧（204）的上部抵接在所述定位板（3）下端，所述弹簧（204）的下部抵接在所述永磁体（205）的上端；在所述套筒（303）内、所述外壳（1）内底部上固定设置有所述电磁线圈（206）。
3.根据权利要求2所述的机器人人机交互立体显示装置，其特征在于：所述电磁线圈（206）具有磁芯结构，其产生的磁场方向平行于所述升降显示单元（2）的运动方向，所述电磁线圈（206）的一端连接直流电源DC2，所述电磁线圈（206）的另一端串联有开关MOS管（T）,所述开关MOS管（T）的D极连接所述电磁线圈（206），所述开关MOS管（T）的S极接地，所述开关MOS管（T）的G极连接所述控制器（5），所述控制器（5）设置于所述底座（4）内。
4.根据权利要求1所述的机器人人机交互立体显示装置，其特征在于：所述套筒（303）套设在所述下管（203）和所述永磁体（205）外部，所述套筒（303）上端连接所述定位板（3）下端，所述套筒（303）下端连接所述外壳（1）内底部；在所述套筒（303）内，所述外壳（1）内底部上固定设置有所述电磁线圈（206）。
5.根据权利要求4所述的机器人人机交互立体显示装置，其特征在于：所述电磁线圈（206）具有磁芯结构，其产生的磁场方向平行于所述升降显示单元（2）的运动方向，所述电磁线圈（206）的输入输出端均连接在逆变器（P）输出端上，所述逆变器（P）供电端连接电源DC2以及接地，所述逆变器（P）的控制端连接所述控制器（5），所述控制器（5）设置于所述底座（4）内。
6.根据权利要求1-5任一项所述的机器人人机交互立体显示装置，其特征在于：所述升降显示单元（2）组成的显示矩阵为10×10~3000×3000。
7.根据权利要求6所述的机器人人机交互立体显示装置，其特征在于：所述套筒（303）和定位板（3）均由非导磁材料制成。
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