CN110588183A - 换笔机构、写字机构及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换笔机构、写字机构及工作方法，所述换笔机构包括动力装置、通过所述动力装置驱动的第一壳体、在第一壳体上设置的位置以及用于识别所述位置的识别机构；所述位置包括第一位置以及若干第二位置；所述识别机构包括用于识别第一位置的第一位置识别机构以及用于识别第二位置的第二位置识别机构。本发明通过设置于识别机构识别第一壳体上的不同位置，可实现位于第一壳体上不同位置的笔芯更换。本发明的写字机构通过调节机构的设置，可实现写字机构的稳定输出。

Description

换笔机构、写字机构及工作方法

技术领域

本发明属于输出设备，特别涉及一种换笔机构、写字机构及工作方法。

背景技术

申请人研发的书写机构如申请号为201610171711 4，利用凸轮机构进行书写落笔和抬笔状态的切换，随着研发的进行，申请人发现现有的书写机构存在以下缺点：一是书写机构在抬笔、落笔时具有一定误差，无法实现高精度输出；二是书写时颜色单一，无法实现多种颜色更换。

发明内容

发明目的：为了解决上述问题，本发明提供了一种换笔机构以及写字机构，可以在书写的同时，实现的转换。本发明的另一目的为提供了该写字机构的工作方法。

技术方案：本发明所述的换笔机构，包括动力装置、通过所述动力装置带动的第一壳体、在第一壳体上设置的位置以及用于识别所述位置的识别机构；所述位置包括第一位置以及若干第二位置；所述识别机构包括用于识别第一位置的第一位置识别机构以及用于识别第二位置的第二位置识别机构。

所述第一壳体的侧壁上设置有若干用于安装笔芯的若干安装腔，所述安装腔包括设置有第一位置的第一安装腔以及与设置有第二位置的若干第二安装腔；

所述第一壳体内部设置有用于固定所述动力装置的与所述第一壳体同轴设置的第二壳体，所述第二壳体的底部设置有用于动力装置的连接轴穿过的第一通孔；

和/或所述识别机构固定于所述第二壳体，所述第一安装腔的侧壁在与所述第二壳体相对位置开设有第一开槽作为第一位置，所述第二安装腔的侧壁在与所述第二壳体相对位置开设有第二开槽作为第二位置。

所述第一位置识别机构检测的第一壳体内壁的电压值与检测的位于所述第一安装腔内的笔芯外壁的电压值不同；所述第二位置识别机构检测的第一壳体内壁的电压值与检测的位于所述第二安装腔内的笔芯外壁的电压值不同。

优选地，本发明的第一壳体内壁为黑色，笔芯的外壁为白色；或者选择第一壳体的内壁为白色，置于安装腔内的笔芯外壁为黑色。

本发明还提供了一种写字机构，所述写字机构包含上述的换笔机构，与所述换笔机构配套设置有支撑座，所述第二壳体顶端设置有第一连接部，所述支撑座包括与所述第一连接部配合的第二连接部。

所述第一连接部包括第一顶盖以及设置于所述第一顶盖侧面的第一连接臂；所述第二连接部包括容纳所述第一连接臂的凹槽。

所述第一连接部与所述第二连接部之间设置有第一调节机构，所述第一调节机构包括设置于所述第一连接臂两侧的连接轴以及设置所述第二连接部的用于安装所述连接轴的长槽。

所述第二连接部顶部延伸有连接外缘，所述连接外缘与所述第一顶盖之间设置有第二调节机构。

所述第一壳体顶部设置有转笔外沿，所述转笔外沿间隔分布有转笔凸台与转笔凹槽；所述第二连接部底端设置有与所述转笔外沿配合的转动轴承。

本发明所述的一种写字机构的书写方法，包括安装步骤、抬笔步骤、落笔步骤以及工作笔芯更换步骤；

其中安装步骤包括：按照预设的颜色对应关系，往各安装腔安装与之对应颜色的笔芯；

其中抬笔步骤包括：当转动轴承与其中一个转笔凹槽相抵时，驱动第一壳体转动，直至转动轴承与该转笔凹槽相邻的转笔凸台相抵，实现写字机构抬笔；

其中落笔步骤包括：当转动轴承与其中一个转笔凸台相抵时，驱动第一壳体转动，直至转动轴承与该转笔凸台相邻的转笔凹槽相抵，实现写字机构落笔；

其中工作笔芯更换步骤包括：当转动轴承与当前工作笔芯所对应的转笔凹槽相抵时，驱动第一壳体转动，进行至少各一个以上的同一方向的抬笔步骤和落笔步骤，直至所需的非工作笔芯转动至预设的工作位置成为工作笔芯，实现工作笔芯更换。

优选的，写字机构中工作笔芯无需更换时，工作笔芯通过以下方式完成抬落笔：当转动轴承与当前工作笔芯所对应的转笔凹槽相抵时，驱动第一壳体转动，先进行预设方向的抬笔步骤，再进行与预设方向相反方向的落笔步骤，实现该工作笔芯的单次抬落笔动作。

优选的，所述工作笔芯更换步骤中包括：根据预设的安装腔与笔芯的颜色对应关系，以及接收到的当前书写所需更换的下一颜色，驱动第一壳体转动，进行若干次同一方向上的连续抬笔步骤和落笔步骤，将离当前工作笔芯对应位置最接近的或其中任一符合所需下一颜色的非工作笔芯转动至预设的工作位置成为工作笔芯，实现工作笔芯更换。

优选的，该方法还包括复位步骤：基于安装于第一安装腔内的位于第一位置的笔芯外壁与第一壳体内壁的色差，驱动第一壳体转动，直至通过第一位置识别机构识别到该色差带来的光电信号，完成写字机构初始位置的复位。

优选的，该方法还包括定位步骤：基于安装于第一安装腔内的位于第一位置的笔芯外壁与第一壳体内壁的色差，以及安装于若干第二安装腔内的位于第二位置的各笔芯外壁与第一壳体内壁的色差，驱动第一壳体转动，通过第二位置识别机构识别到上述色差带来的光电信号，完成写字机构转动位置的定位或转动次数的计数。

本发明的写字机构的工作原理为：

抬笔：在动力装置带动下，第一壳体相对第二壳体转动，带动固定于第一壳体顶端的转笔凹槽转动，此时与转笔凹槽卡合的转动轴承在转笔凹槽的带动下转动，使得与转笔凹槽相邻的转笔凸台抵于转动轴承上，由于转笔凹槽与转笔凸台的高度差，使得与转动轴承相抵的转笔凹槽变为转笔凸台与转动轴承相抵时，笔芯抬离工作平台，此时换笔机构的第一连接臂相对位于第二连接部上的凹槽转动，实现换笔机构的抬笔；

落笔：当换笔机构需要落笔时，在动力装置带动下，第一壳体相对第二壳体转动，带动固定于第一壳体顶端的转笔凸台转动，此时与转笔凸台转动时带动转动轴承同时转动，则与转笔凸台相邻的转笔凹槽抵于转动轴承上，使得笔芯回落至工作平台，换笔机构的第一连接臂相对位于第二连接部上的凹槽转动，实现换笔机构的落笔。

笔芯颜色更换：第一位置识别机构识别到的第一位置作为初始位置，确定每个第二位置对应的第二安装腔内的笔芯颜色；当前工作的颜色需要更换为其他颜色笔芯时，计算所需更换的颜色笔芯所在的第二位置相对第一位置转动次数，在动力装置带动下，换笔机构在转动过程中，通过第一位置识别机构确认第一位置，随后根据第一识别位置确定的第一位置笔芯的初始颜色，转动到所需颜色所在的第二位置，颜色更换完成后，进行抬笔落笔的书写动作，完成写字机构的书写功能；

当本发明的换笔机构的工作无需对笔芯颜色进行选择时，可以在安装腔内安装有相同或者不同颜色的笔芯，而动力机构带动第一壳体转动时，使得转笔凹槽与转笔凸台连续往某一方向转动，经过一个抬笔一个落笔，则可以同时实现笔芯的更换，该更换的笔芯可以为同色或者不同色。

有益效果：(1)本发明的换笔机构通过设置于识别机构识别第一壳体上的不同位置，可实现位于第一壳体上不同位置的笔芯更换；(2)本发明的换笔机构通过设置于第一壳体上的开槽作为识别位置，简化了写字机构构的整体结构；(3)本发明的换笔机构通过设置于第一壳体内部的第二壳体作为容置腔，容纳动力装置及识别机构，可以减少本发明写字机构构的体积；(4)本发明的写字机构与支撑座之间设置有第一调节装置，在写字机构抬笔时，由于抬笔的高度可能不同，故通过第一调节位置抵消抬笔的误差；(5)本发明的写字机构设置有第二调节机构，写字机构在具有粗糙度不同的平面书写时，由于平面的平整度不同造成的误差可以通过第二调节机构抵消平面误差；(6)本发明的写字机构通过设置于第一壳体的转笔外沿配合设置于支撑座上的轴承，可以减小换笔时机构本体的抖动，实现写字机构的稳定输出。

附图说明

图1为本发明写字机构的剖视图；

图2为本发明的写字机构的整体机构示意图；

图3为本发明换笔机构的俯视图；

图4为本发明的位置结构示意图；

图5为本发明的写字机构爆炸结构示意图。

具体实施方式

如图1-2所示，本发明所述的一种换笔机构10，包括动力装置101、动力装置101驱动的第一壳体102、在第一壳体102上设置的位置103以及用于识别位置103的识别机构104，设置于第一壳体102的侧壁上周向分布的若干用于安装笔芯109的安装腔105，第一壳体内设有与第一壳体同轴的第二壳体106，第一壳体顶端设置有用于与支撑座连接的第一连接部107。

在第一壳体102内部设置有用于固定动力装置101的第二壳体105，第二壳体106的底部设置有动力装置101的连接轴穿过的第一通孔1061，连接轴穿过第一通孔1061与第一壳体连接，驱动第一壳体转动，作为可选择的一种方式，本实施例中动力装置101采用电机。

位置103包括作为初始位置的第一位置1031以及若干用于定位的第二位置1032，同时，与位置相对应的设置有识别机构104。

事实上，本实施例中的位置以及用于识别位置的识别机构可以采用现有技术中任一可实现本发明用途的装置。作为一种可选择的方式，本实施例中的识别机构选用光电开关，而位置则采用在设置于安装腔上的开槽。

具体地，本实施例中的识别机构与位置为：

第二壳体的侧壁上设置有用于固定识别机构104的开窗，识别机构104由用于识别第一位置1031的第一位置识别机构1041以及用于识别第二位置1032的第二位置识别机构1042组成，第一位置识别机构1041为第一光电开关，第二位置识别机构1042为第二光电开关，第一光电开关位于第二光电开关下方。

对应地，在第一壳体上设置有的若干安装腔105，安装腔105分为与第一位置1031对应的第一安装腔1051，以及若干与第二位置对应的第二安装腔1052，如图4所示，第一安装腔1051与第二壳体106相对一侧设置有一个第一开槽作为第一位置，各第二安装腔与第二壳体106相对的侧壁均设置有一个第二开槽作为第二位置，其中，第一开槽的位置和/或长度与第一光电开关和第二光电开关的检测高度相匹配，第二开槽的位置和/或长度仅与第二光电开关的检测高度相匹配。本实施例中具体为，第二开槽与第一开槽顶部齐平但长度短于第一开槽，第一光电开关位于第二光电开关下方，第一开槽的长度与开窗中安装第一光电开关和第二光电开关的长度相匹配，第二开槽的长度仅与开窗中安装第二光电开关的长度相匹配(第二开槽与开窗中安装的第一光电开关的检测高度是错开的)，使得第一光电开关仅能识别第一开槽，但第二光电开关可以识别第二开槽或第一开槽及第二开槽，本实施例中设置的开槽的作用是作为光电开关识别位置。为了更好地完成光电开关的位置识别功能，需位于安装腔内的笔芯外壁的颜色与第一壳体的颜色具有一定色差，即光电开关检测的笔芯外壁的电压值与第一壳体内壁的电压值不同，作为一种优选方式，第一壳体的内壁为白色，此时笔芯的外壁为黑色，达到最大的色差效果，使得光电开关的检测结果更加灵敏。同样地，可以选择第一壳体的内壁为黑色，而笔芯的外壁为白色。该开槽使得笔芯的外壁颜色与第一壳体之间的颜色差通过光电开关转换为电信号(也可以说是光电开关通过对该开槽处露出的笔芯外壁与第一壳体内壁之间的颜色差进行检测输出光电信号)，作为每个第二位置的定位。

也可以说是，第一壳体转动时，通过第一、第二光电开关对位于第一安装腔中第一位置的笔芯外壁与第一壳体内壁的颜色差检测，可分别实现第一位置识别机构对第一位置的识别，以及第二位置识别机构对第一位置的识别、定位或计数；通过第二光电开关对位于若干第二安装腔中第二位置的笔芯外壁与第一壳体内壁的颜色差检测，可实现第二位置识别机构对各第二位置的识别、定位或计数。

如图3所示，本发明的第二壳体106顶端设置有第一连接部107，第一连接部107由第一顶盖1071以及设置于第一顶盖1071侧面的第一连接臂1072；第一壳体顶端的外缘向着靠近第一壳体底端的方向，斜向延伸出一个外扩的转笔外沿108，转笔外沿108整体呈圆台形，转笔外沿108表面间隔分布有转笔凸台1081与转笔凹槽1082。

本实施例中，所述各安装腔，与转笔凹槽以及转笔凸台一一对应，写字机构的第一壳体每进行一次相邻转笔凹槽或相邻转笔凸台之间的转动，第二位置识别机构均检测到一次光电信号，从而实现转动位置的定位或转动次数的计数；写字机构的第一壳体每进行一次整圈转动，第一位置识别机构检测到一次光电信号，从而实现写字机构初始位置的复位。

文中所述工作笔芯，即当前安装在与转动轴承相抵的转笔凹槽对应的安装腔中可进行书写和/或绘画的笔芯。文中所述非工作笔芯，即当前除工作笔芯之外的安装在其他转笔凹槽中的笔芯。文中所述工作位置或预设的工作位置，为与转动轴承相抵的转笔凹槽对应的安装腔所在位置，也即处于当前可用于书写和绘画状态的工作笔芯所在位置。文中所述初始位置，为第一安装腔位于工作位置时的方位。

实施例2：本发明与转笔机构10配套设置有支撑座20，支撑座20包括与第一连接部107配合的第二连接部201，第二连接部201为竖向设置的连接机构，第二连接部201一侧设置有容纳第一连接臂的1072的凹槽2011，凹槽1072的内表面与第一连接臂的外表面形状相匹配，本实施例中选择圆形曲面。由于第一连接臂1072卡于凹槽2011内，使得换笔机构10相对支撑座相对旋转，完成换笔机构10抬起、下落的动作。

由于在工作时，换笔机构的工作平台可能具有平面误差，故设置有第一调节机构30用于消除转笔机构10遇到高低不平的工作平台时，可实现换笔机构的微小位置调节，具体地，第一调节机构30包括在第一连接臂的1072的两侧设置的连接轴301以及设置在第二连接部201上的用于安装连接轴的长槽302，长槽两端的为圆弧形(本实施例中为长圆形)，长槽302的分布方向为竖直分布。

在某些优选实施例中，本发明在第二连接部201顶部向着第一连接部方向延伸有连接外缘202，连接外缘202与第一顶盖1071之间设置有第二调节机构40，本实施例中第二调节机构为置于第一连接部顶端与连接外缘202之间的弹簧，当遇到书写平台的平面误差时，换笔机构可以进一步通过弹簧的形变，配合第一调节机构调整换笔机构相对支撑座的位置，抵消该平面误差，同时利于落笔。

由于第一连接臂与第二连接部相连，且外扩的转笔外沿呈现圆台形，故当转笔外沿抵于第二连接部时，使得换笔机构相对第二连接部为斜向设置，当换笔机构10在动力装置驱动下转动时，转笔外沿与第二连接部底端会产生一定的阻力，为了进一步减少换笔机构与支撑座之间的换笔阻力，以及更好地，实现抬笔落笔，本实施例中在第二连接部与转笔外沿108连接处设置有转动轴承203，该转动轴承203的表面与转笔凹槽108相匹配，使得换笔机构10在转动时，转动轴承203在转笔凹槽108的带动下随着转笔凹槽108一起转动，减小了换笔时的阻力，转笔凹槽1082的凹面的形状与转动轴承203的表面形状相匹配，保证转笔凹槽与转动轴承之间实现更好地配合，减少转动时的刚性摩擦，且转笔凹槽与转笔凸台分别与转动轴承相抵时，使得换笔机构底端距其工作平台的距离产生变化，在第一连接臂的配合下，完成抬笔落笔，且在抬笔落笔时，由于第一调节机构及第二调节机构的设置，在保证写字机构的精度同时，减小了写字机构各部件之间的刚性，也即增加了写字机构工作时各部件之间的柔性连接。

绘画书写时，因文字的笔画起承，绘画的线条起落，普遍存在着不换颜色也需要抬笔落笔的情况，本实施例中，当往一个方向转动实现抬笔，再往与之相反的方向转动实现落笔时，则可实现常规的抬笔落笔，完成绘画、书写时最基本的抬笔落笔动作。

当换笔完成时，转动轴承203继续与相对应的转笔凹槽108卡合，转动轴承203在减小换笔时的阻力同时，还可以减小换笔机构与支撑座之间因为换笔而产生的抖动，可以实现更加稳定的换笔。

为了便于用户使用时，根据预设的安装腔与笔芯的颜色对应关系，往安装腔安装与之对应颜色的笔芯，本发明在换笔机构底端可贴有与笔芯颜色对应的颜色贴纸110。如图5所示，为了方便安装和调节，本发明的写字机构采用分体式设计，通过左右卡合的壳体和支撑座，完整整个换笔机构和支撑座的设计，组装成写字机机构。

本发明写字机的书写方法为：包括安装步骤、抬笔步骤、落笔步骤以及工作笔芯更换步骤；

安装：按照预设的颜色对应关系，往各安装腔安装与之对应颜色的笔芯；

抬笔：当转动轴承与其中一个转笔凹槽相抵时，驱动第一壳体转动，直至转动轴承与该转笔凹槽相邻的转笔凸台相抵，实现写字机构抬笔；

落笔：当转动轴承与其中一个转笔凸台相抵时，驱动第一壳体转动，直至转动轴承与该转笔凸台相邻的转笔凹槽相抵，实现写字机构落笔。

不更换笔芯时，工作笔芯通过以下方式完成抬落笔：当转动轴承与当前工作笔芯所对应的转笔凹槽相抵时，驱动第一壳体转动，先进行预设方向的抬笔步骤，再进行与预设方向相反方向的落笔步骤，实现该工作笔芯的单次抬落笔动作。

工作笔芯更换：当转动轴承与当前工作笔芯所对应的转笔凹槽相抵时，驱动第一壳体转动，进行至少各一个以上的同一方向的抬笔步骤和落笔步骤，直至所需的非工作笔芯转动至预设的工作位置成为工作笔芯，实现工作笔芯更换。

笔芯更换还可以根据预设的安装腔与笔芯的颜色对应关系，以及接收到的当前书写所需更换的下一颜色，驱动第一壳体转动，进行若干次同一方向上的连续抬笔步骤和落笔步骤，将其中任一符合所需下一颜色的非工作笔芯转动至预设的工作位置成为工作笔芯，实现工作笔芯更换。在某些优选实施例中，笔芯更换步骤中，是将离当前工作笔芯对应位置最接近的符合所需下一颜色的非工作笔芯转动至预设的工作位置成为工作笔芯，实现工作笔芯更换。

复位：基于安装于第一安装腔内的位于第一位置的笔芯外壁与第一壳体内壁的色差，驱动第一壳体转动，直至通过第一位置识别机构识别到该色差带来的光电信号，完成写字机构初始位置的复位。

定位：基于安装于第一安装腔内的位于第一位置的笔芯外壁与第一壳体内壁的色差，以及安装于若干第二安装腔内的位于第二位置的各笔芯外壁与第一壳体内壁的色差，驱动第一壳体转动，通过第二位置识别机构识别到上述色差带来的光电信号，完成写字机构转动位置的定位或转动次数的计数。

Claims (10)

1.一种换笔机构，其特征在于，包括动力装置、通过所述动力装置带动的第一壳体、在第一壳体上设置的位置以及用于识别所述位置的识别机构；所述位置包括第一位置以及若干第二位置；所述识别机构包括用于识别第一位置的第一位置识别机构以及用于识别第二位置的第二位置识别机构。

2.根据权利要求1所述的换笔机构，其特征在于，所述第一壳体的侧壁上设置有若干用于安装笔芯的若干安装腔，所述安装腔包括设置有第一位置的第一安装腔以及与设置有第二位置的若干第二安装腔。

3.根据权利要求2所述的换笔机构，其特征在于，所述第一壳体内部设置有用于固定所述动力装置的与所述第一壳体同轴设置的第二壳体，所述第二壳体的底部设置有用于动力装置的连接轴穿过的第一通孔；

和/或所述识别机构固定于所述第二壳体，所述第一安装腔的侧壁在与所述第二壳体相对位置开设有第一开槽作为第一位置，所述第二安装腔的侧壁在与所述第二壳体相对位置开设有第二开槽作为第二位置。

4.根据权利要求3所述的换笔机构，其特征在于，所述第一位置识别机构检测的第一壳体内壁的电压值与检测的位于所述第一安装腔内的笔芯外壁的电压值不同；所述第二位置识别机构检测的第一壳体内壁的电压值与检测的位于所述第二安装腔内的笔芯外壁的电压值不同。

5.一种写字机构，其特征在于，包含如权利要求1-4任一所述的换笔机构，与所述换笔机构配套设置有支撑座，所述第二壳体顶端设置有第一连接部，所述支撑座包括与所述第一连接部配合的第二连接部。

6.根据权利要求5所述的写字机构，其特征在于，所述第一连接部包括第一顶盖以及设置于所述第一顶盖侧面的第一连接臂；所述第二连接部包括容纳所述第一连接臂的的凹槽。

7.根据权利要求6所述的写字机构，其特征在于，所述第一连接部与所述第二连接部之间设置有第一调节机构，所述第一调节机构包括设置于所述第一连接臂两侧的连接轴以及设置所述第二连接部的用于安装所述连接轴的长槽。

8.根据权利要求6所述的写字机构，其特征在于，所述第二连接部顶部延伸有连接外缘，所述连接外缘与所述第一顶盖之间设置有第二调节机构。

9.根据权利要求6所述的写字机构，其特征在于，所述第一壳体顶部设置有转笔外沿，所述转笔外沿间隔分布有转笔凸台与转笔凹槽；所述第二连接部底端设置有与所述转笔外沿配合的转动轴承。

10.一种写字机构的书写方法，其特征在于，其使用如权利要求5～9任一权利要求所述的写字机构，该方法包括安装步骤、抬笔步骤、落笔步骤以及工作笔芯更换步骤；

其中安装步骤包括：按照预设的颜色对应关系，往各安装腔安装与之对应颜色的笔芯；

其中抬笔步骤包括：当转动轴承与其中一个转笔凹槽相抵时，驱动第一壳体转动，直至转动轴承与该转笔凹槽相邻的转笔凸台相抵，实现写字机构抬笔；

其中落笔步骤包括：当转动轴承与其中一个转笔凸台相抵时，驱动第一壳体转动，直至转动轴承与该转笔凸台相邻的转笔凹槽相抵，实现写字机构落笔；

其中工作笔芯更换步骤包括：当转动轴承与当前工作笔芯所对应的转笔凹槽相抵时，驱动第一壳体转动，进行至少各一个以上的同一方向的抬笔步骤和落笔步骤，直至所需的非工作笔芯转动至预设的工作位置成为工作笔芯，实现工作笔芯更换。