CN110920268A - 一种盲文刻印方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种盲文刻印方法及其系统，指令控制系统，与电脑主机连接，用于接收电脑主机发送的含有刻印指令的信号，发送控制指令；控制面板，用于向指令控制系统发送实施刻印的操作指令；送纸系统，接收控制指令输送刻印纸张；机械运动系统，接收控制指令后控制刻印系统在二维平面内进行移动以及驱动送纸系统；控制刻印系统，接收控制指令后实施刻印。本发明设计的系统结构紧凑、体积小巧，所有机构运行噪音低、响应速度快，且配有盲文控制面板和语音提示功能，在保证小型盲文刻印机功能的基础上，提高了刻印效率，降低了用纸要求，控制了硬件成本，能够满足盲人刻印盲文的需求。
Description
技术领域
本发明属于盲文印刷技术领域，具体涉及一种盲文刻印方法及其系统。
背景技术
盲文是一种拼音文字，由“点”和“方”分别作为书写单元和阅读单元，一个“方”中有两竖列共六个“点”按照一定的凹凸规律排列。声母、韵母、音调和标点均由1至2个方进行表示。视障人士通过手指触摸盲文来进行阅读，是其主要的书面交流方式。
盲文按照其成型工艺可以分为实心盲文和空心盲文。其中，实心盲文是利用油墨、发泡剂等试剂在特殊的纸张上进行增材制造实现的，而空心盲文作为主要的刻印方法是通过机械模具的压印来实现的。
目前，小型空心盲文的刻印设备虽然体积相对较小，但由于机械结构限制，仅能逐行刻印盲文，且无法实现对图案的连续刻印，此外其还存在效率较低、噪声较大、价格昂贵等问题。此外，空心盲文多数需要以连孔纸或牛皮纸作为承印材料，该类纸张存在成本较高、克重较大的缺陷，也限制了盲文刻印产业的发展。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种盲文刻印方法及其系统,能够刻印普通A4纸张，用于便捷、高效、低噪音和低成本的实现空心盲文及图案连续线条的刻印。
本发明采用以下技术方案：
一种盲文刻印系统，包括：
指令控制系统，接收含有刻印指令的信号并发送控制指令；
控制面板，向指令控制系统发送实施刻印的操作指令
送纸系统，接收控制指令输送刻印纸张；
机械运动系统，接收控制指令后控制刻印系统在二维平面内进行移动以及驱动送纸系统；
刻印系统，接收控制指令后实施刻印。
具体的，控制面板上设置有用于实现开关机功能和暂停/启动功能的按键，用于显示刻印机当前状态的状态指示灯，以及用于语音播报的语音提示模块。
具体的，送纸系统包括纸槽，纸槽的一端设置有升降板，纸槽的入口侧设置有导纸板，出口侧设置有出纸口，导纸板与纸槽和出纸口之间分别设置有用于引导纸张运动的胶轮。
具体的，机械运动系统包括X轴支架导轨和Y轴支架导轨，X轴支架导轨和Y轴支架导轨分别连接对应的电机组成两个直线运动机构，刻印系统连接设置在Y轴支架导轨上，通过X轴运动驱动刻印系统实现二维平面内的前后运动，通过Y轴运动驱动刻印系统实现二维平面内的左右运动。
具体的，刻印系统包括刻印臂、刻印阵列、刻印头和刻印底板；刻印臂的一端与机械运动系统的Y轴直线运动机构连接，另一端与刻印阵列连接，刻印阵列包括面阵和单点阵列；刻印面阵上排布有多个行列的刻印头，每个单点阵列对应连接一个刻印头；刻印底板放置于刻印底面上，用于承载刻印纸张。
本发明的另一个技术方案是，一种盲文刻印方法，利用上述盲文刻印系统，包括以下步骤：
S1、建立包括常用汉字读音库、多音字及特殊规定词库、声母韵母库、数字库、标点符号库和英文字母库的数据库，按照对应的设定方案，用特殊符号对文字内容进行提取和隔离，根据上述数据库将其中的文字转换成拼音，然后分别将拼音、英文、数字和标点符号转换成盲文，再将盲文转换为控制指令；
S2、接收步骤S1的控制指令，根据刻印头的纵向投影尺寸采用密集布置或隔列隔行刻印对盲文文字的刻印阵列进行排布；
S3、分别针对连续盲文方的刻印和隔列隔行刻印进行盲文刻印；
S4、对图案进行刻印。
具体的，步骤S1中，用特殊符号对拼音、英文、数字和标点符号进行提取和隔离具体为：
S1011、提取以字和词为发音单元的结构，并将提取的每一个结构用[]单独存放；
S1012、将连续的阿拉伯数字作为整体，并将提取的每一个结构用[]单独存放；
S1013、对英文和标点符号结构进行提取，英文以字母为提取单元，并将提取的每一个结构用[]单独存放；
S1014、按照常用汉字读音库和多音字及特殊规定词库，对汉字进行拼音转换，并将提取的每一个结构用[]单独存放。
具体的，步骤S1中，将拼音、英文、数字和标点符号转换为盲文具体为：
S1021、盲文一个方从左上角开始，按照先从上到下，再从左到右规则，可以将一个方中的6个点依次编号为1、2、3、4、5和6；将一个方定义为[[0,1,0],[1,0,1]]的一个三行两列的二维矩阵，其中的“1”和“0”分别表示对应位置是否存在盲文点；
S1022、设定每行显示方数，以实现排版；
S1023、在刻印过程中，盲文排布的方向是由右向左，故每个盲文及每行盲文需要分别进行左右的镜像转换。
具体的，步骤S3中，当采用隔行隔列刻印方式时，确定由刻印阵列所投影的刻印区域、区域相邻m列和区域下沿n行构成的刻印范围，定义L为每行所含方数，刻印阵列的尺寸为M行N列，每页纸张上的刻印行数为K，确定关系如下：
当式(1)成立时，表示一张纸上的盲文区域小于或等于阵列一次刻印的覆盖范围；此时机械运动系统的每个刻印头在完成当前盲文方的刻印之后按照所设定步进策略依次完成相邻a列和b行的盲文方刻印；当对应的刻印头当前没有盲文刻印内容时，则不接收刻印信号；
当式(2)成立时，表示一张纸上的盲文区域已经超出了阵列一次刻印的覆盖范围；此时，机械运动系统需要在完成当前的刻印范围后以刻印阵列的某个空间定位为基准依次移动到后续的刻印范围，并完成相应范围内的盲文刻印。
具体的，步骤S4中，图案刻印具体为：首先进行图案到刻印路径的转换，利用二值化和边缘提取法对所绘图片进行数字图像处理，得到图案的线条轮廓；然后根据轮廓及相关绘制路径算法规划出刻印头刻印图案的路径；在指令控制系统中设定线条轮廓中每个像素点的长度等于步进电机的进给步幅；依次完成每个线条的连续绘制，完成整张纸的图案刻印后返回待机位置。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明一种盲文刻印系统，通过控制机械运动系统实现了准确的刻印定位；一方面，搭载多个刻印头的刻印系统能够按照传输信号同时在纸张上刻印多个盲文，从而提高刻印效率；另一方面，可采用单点阵列，并控制机械运动系统沿XY方向进行二维连续运动，从而实现刻印图案的需求，送纸系统能够保证普通A4纸张的上下料功能。
进一步的，控制面板能够实现对盲文刻印系统的控制，按键上布置有文字及盲文，且配有语音提示模块，方便盲人操作。
进一步的，送纸系统能够盛放并依次将刻印纸传送到刻印位置，并在完成整张纸刻印后将纸张送出，以实现自动送纸的功能。
进一步的，机械运动系统能够实现二维平面内的精确位移和定位，从而搭载刻印系统到达相应刻印位置。
进一步的，刻印系统是实现盲文刻印的关键结构，其能够根据盲文刻印的需求调整刻印面阵的阵列布置，或采用单点阵列实现图案的刻印。当采用刻印面阵时，能够同时在不同的纸张区域内刻印盲文，提高了刻印效率；当采用单点阵列时，能够实现连续线条的图案刻印。
本发明一种盲文刻印方法，能够将含有汉字、数字、英文及标点符号的混合文档转化为盲文。
进一步的，根据相关的盲文拼写方法，盲文中的汉字是按照拼音的格式进行书写。所以首先需要将汉字转换为拼音。本方法能够根据多音字在特定词组中的发音进行音调标记，提高了盲文拼写的准确性。
进一步的，将拼音、数字、字母和特殊符号分别提取和隔离之后转换为盲文，不仅能够提高对上述几类不同盲文的识读准确率，而且转换效率得以提升。
进一步的，采用隔列隔行的盲文刻印方法，其对于刻印系统的硬件排布要求较低，且能够实现高效的刻印规划。
综上所述，本发明设计的系统结构紧凑、体积小巧，所有机构运行噪音低、响应速度快，且配有盲文控制面板和语音提示功能，在保证小型盲文刻印机功能的基础上，提高了刻印效率，降低了用纸要求，控制了硬件成本，能够满足盲人刻印盲文的需求。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明盲文刻印系统结构图；
图2为本发明盲文刻印系统原理图；
图3为本发明盲文刻印系统的机壳结构图；
图4为本发明盲文刻印系统控制面板结构图；
图5为本发明盲文刻印系统送纸系统结构图；
图6为本发明盲文刻印系统机械运动系统结构图；
图7为本发明盲文刻印系统结构图；
图8为本发明盲文刻印系统刻印阵列示意图；
图9为本发明盲文刻印系统单个刻印头示意图；
图10为本发明盲文刻印系统信号通讯接口示意图；
图11为本发明刻印方法的盲文方示意图；
图12为本发明刻印方法盲文文字的刻印阵列排布图；
图13为本发明刻印方法采用隔列隔行方式刻印示意图；
图14为本发明刻印方法盲文刻印实现方法示意图；
图15为本发明刻印方法的一种刻印示意图；
图16为本发明刻印方法的另一种刻印示意图；
图17为本发明刻印方法的刻印流程图；
图18为本发明刻印方法的图案刻印示意图。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1和图2，本发明提供了一种盲文刻印系统，包括机壳100、控制面板200、指令控制系统300、送纸系统400、机械运动系统500、刻印系统600和信号通讯接口700。
指令控制系统300分别与控制面板200、送纸系统400、机械运动系统500、刻印系统600和信号通讯接口700连接；电脑主机通过信号通讯接口700将含有刻印指令的信号传输给指令控制系统300，由控制面板200向指令控制系统300发送实施刻印的操作指令后，指令控制系统300根据电脑主机的刻印指令分别控制送纸系统400输送刻印纸张，控制机械运动系统500将刻印系统600移动至刻印位置，控制刻印系统600具体实施刻印，在完成了整张纸上内容刻印任务后，控制机械运动系统500将刻印系统600移动至初始位置，并驱动送纸系统400将该页纸张传出，若仍有刻印任务，则传入新的纸张。在盲文刻印系统实施刻印过程中，可通过控制面板200的暂停/启动功能键202对系统实现急停功能，当再次点击暂停/启动功能键202后系统将从急停时尚未刻印的内容处继续进行刻印。
请参阅图3，机壳100包括底板101、面板102、顶板103、左侧板104、右侧板105和背板106。且底板101、面板102、顶板103、左侧板104、右侧板105和背板106彼此连接形成一个闭合体。指令控制系统300封装于机壳100内，控制面板200安装于机壳100上。且能够根据需求在不同区域布置送纸系统400、控制面板200和指令控制系统300。
请参阅图4，控制面板200包括开关机功能按键201、暂停/启动功能按键202、状态指示灯203和语音提示模块204。开关机功能按键201用于控制系统电源的通断。暂停/启动功能按键202用于实现工作状态下的急停和恢复功能。状态指示灯203用于显示刻印机当前状态。语音提示模块204可将上述各类操作进行语音播报。上述功能键均刻有盲文，以方便盲人操作。
请参阅图5，送纸系统400包括纸槽401、步进电机A402、胶轮A403、步进电机B404、胶轮B405、升降板406、导纸板407和出纸口408。纸槽401用于盛放刻印纸张，步进电机A402和步进电机B404分别驱动胶轮A403和胶轮B405引导纸张向前或向后运动，导纸板407用于引导纸张到达刻印位置，胶轮A403和胶轮B405用于与纸张贴合以实现纸张运动，升降板406用于在进纸时将普通纸张的一侧抬起，以便于胶轮A403与纸张接触，出纸口408用于将刻印完成的纸张输出。
请参阅图6，机械运动系统500包括X轴支架导轨501、X轴步进电机502、Y轴支架导轨503、Y轴步进电机504、X轴同步带505和Y轴同步带506。其中，X轴支架导轨501和Y轴支架导轨503上分别安装X轴同步带505和Y轴同步带506，并分别与X轴步进电机502和Y轴步进电机504连接，以此组成两个直线运动机构，X轴运动机构用于实现二维平面内的前后运动，Y轴运动机构用于实现二维平面内的左右运动。Y轴运动机构承载于X轴运动机构之上。则由导轨、步进电机和同步带组成的运动机构能够实现高精度的刻印定位。作为刻印系统二维运动的搭载系统，同步带及支架导轨可用丝杠导轨或同类电控位移机构替代。
请参阅图7，刻印系统600包括刻印臂601、刻印阵列602、刻印头603和刻印底板604。刻印臂601一方面与Y轴运动机构固定，另一方面与刻印阵列602固定。按照盲文刻印和图案刻印两种需求，刻印阵列包括面阵6021和单点阵列6022两种，分别如图8和图9所示。刻印面阵6021可根据具体刻印需求排布多个行列的刻印头603，刻印单点阵列6022则仅固定一个刻印头603。刻印头603是通电螺线管、电磁铁、压电传感器等可电控的机械伸缩机构。刻印底板604用于承载刻印纸张，其放置于刻印底面，材质可以是硬质橡胶等复合材料的软质平板或带有凹孔阵列的硬质板。
请参阅图10，信号通讯接口700包括电源接口701、有线通讯接口702(包括但不仅限于USB接口、RS-232接口和RJ45接口)和无线通讯接口703(包括但不限于NFC，蓝牙，Wi-Fi等符合IEEE 802.11标准规范的接口)。电源接口701用于将刻印机与220V电源连接供电。有线通讯接口702和无线通讯接口703分别通过有线连接和无线连接的方式与电脑主机进行数据通讯。
本发明一种盲文刻印方法，利用上述盲文刻印系统，包括以下步骤：
S1、文字转盲文的方法
根据目前所提出的机械结构，需要实现将在电脑主机上输入的文字转换为盲文，并最终实现控制刻印机实现盲文刻印的功能。首先，需要建立相关数据库，包括常用汉字读音库、多音字及特殊规定词库、声母韵母库、数字库、标点符号库和英文字母库。
常用汉字读音库和多音字及特殊规定词库用于汉字与拼音的转换，其余库用于盲文转换。汉字读音库是指含有单独读音的汉字与对应拼音写法的映射库。
多音字及特殊规定词库是指根据2018年发布的《国家通用盲文方案》(以下简称“方案”)，建立的多音字或在特殊词组中有特殊发音的字词与对应拼音写法映射库，此外该库还包含方案中所罗列的8类常见声调省写和6类连写规则字词与对应拼音写法映射库。
声母韵母库是指方案中所罗列的23个声母、24个韵母及4类声调与对应盲文表示的映射库。
数字库是指方案中所罗列的阿拉伯数字(0到9以及数字标识符)与对应盲文表示映射库。
标点符号库是指方案中所罗列的如句号、逗号和顿号等常用的书面符号以及换行连写号、拉丁字母大小写号和希腊字母大小写号共24种符号与对应盲文表示的映射库。
英文字母库是指方案所罗列的英文26个字母与对应盲文表示的映射库。
具体实现过程分为：
S101、文字转换为拼音；
将文字转换为拼音，此外对于字母、数字和标点符号等特殊符号，按照方案规定进行转换。在文档中的字词单元用如“[]”的符号表示提取和隔离。具体的转换步骤如下：
S1011、将以字和词为发音单元的结构提取出来，并将所提取的每一个结构用“[]”单独存放。
S1012、将连续的阿拉伯数字作为整体，并将所提取的每一个结构用“[]”单独存放。
S1013、对例句里的英文和标点符号等结构进行提取，其中英文以字母为提取单元，并将所提取的每一个结构用“[]”单独存放。
S1014、按照常用汉字读音库和多音字及特殊规定词库，对汉字进行拼音转换，并将所提取的每一个结构用“[]”单独存放。
S102、拼音转换为盲文；
按照声母韵母库、数字库、标点符号库和英文字母库实现由拼音到盲文的转换，具体的转换步骤如下
S1021、盲文一个“方”从左上角开始，按照“先从上到下，再从左到右”的规则，可以将一个“方”中的6个点依次编号为1、2、3、4、5和6。在编程语言中，可以将一个“方”定义为[[0,1,0],[1,0,1]]的一个三行两列的二维矩阵，其中的“1”和“0”分别表示对应位置是否存在盲文点。
S1022、由于书写盲文相对于汉字来说占据较多纸张空间，则需要设定的每行显示“方”数，以实现排版。
S1023、由于盲文刻印采用向下压印的方法，所以刻印处呈向下的凹点，阅读时需要将整张纸翻转，触摸凸点进行阅读。所以在刻印过程中，盲文排布的方向是由右向左，故每个盲文及每行盲文需要分别进行左右的镜像转换。
S103、盲文转换为控制指令。
当刻印阵列到达指定刻印位置并开始刻印时，指令控制系统根据所设定的每个刻印头的刻印区域，提取每个刻印头对应的刻印盲文信息。随后遍历盲文信息中第一个三行两列二维矩阵中的第一个元素，若为“1”，则向刻印头发出一个信号，以完成一个冲程的机械运动，从而实现在该位置的刻印，若为“0”，则表示该位置不需要刻印，从而不向刻印头发出信号。当遍历完一个二维矩阵中的6个元素后，即完成了一个盲文方的刻印。然后遍历盲文信息中心第二个二维矩阵中的6个元素，以完成第二个盲文方的刻印。以此方法，直至将每个刻印头所对应的盲文信息全部读取，并将对应信号发送至刻印头，从而实现盲文转换为控制指令的过程。
至此，一篇文档已经转换为刻印盲文的信号。
S2、盲文文字的刻印阵列排布
刻印阵列是一个M行N列的二维阵列，共搭载M×N个刻印头。其中M和N的确定是根据在A4纸张上一次同时刻印盲文的方数决定的。刻印头是刻印机实现盲文刻印的关键元件，其能够在接收到脉冲信号后实现周期的往复冲程运动。按照实现原理，目前刻印头的主要有通电螺线管式、压电陶瓷式和气动式等多种实现方式。当刻印头纵向投影尺寸小于盲文方尺寸时，采用密集布置，并可以进行连续盲文方的刻印，当刻印头纵向投影尺寸大于盲文方尺寸时，采用隔列隔行进行刻印，且能够根据刻印机成本和刻印效率更改刻印阵列的行列数。
S3、盲文刻印的实现方法
针对连续盲文方的刻印，能够通过机械运动系统以相同的步进幅度依次完成每行及每列的刻印。但是对于隔列隔行刻印，需要设计相应的刻印方法以保证刻印效率。搭载刻印阵列的机械运动系统在刻印伊始位于起始位置，此时刻印阵列所投影的刻印区域、区域相邻m列和区域下沿n行统称为“刻印范围”(m与n取决于具体的刻印策略)。在该范围内，机械运动系统不需要进行长距离的移动，每个刻印头在完成当前盲文方的刻印之后按照所设定步进策略依次完成相邻a列和b行的盲文方刻印。
由于在进行盲文转换时已经定义了每行所含“方”数L，且刻印阵列的尺寸(M行N列刻印头)和一页纸张上的刻印行数K已知，则存在以下关系式
当如(1)所示“≤”成立时，表示一张纸上的盲文区域小于或等于阵列一次刻印的覆盖范围。此时机械运动系统不需要进行长距离的移动，每个刻印头在完成当前盲文方的刻印之后按照所设定步进策略依次完成相邻a列和b行的盲文方刻印。由于在盲文转换的时候已经将盲文与刻印头进行了对应，所以当对应的刻印头当前没有盲文刻印内容时，则不会接收到刻印信号。
当如(2)所示“＞”成立时，表示一张纸上的盲文区域已经超出了阵列一次刻印的覆盖范围。此时，机械运动系统需要在完成当前的刻印范围后以刻印阵列的某个空间定位为基准依次移动到后续的刻印范围，并完成相应范围内的盲文刻印。
最终，当完成一张A4纸张盲文刻印之后，刻印阵列由机械运动系统移动到起始位置。
本发明的工作原理具体为：
首先接通电源，通过控制面板200使刻印机处于待机状态，当电脑主机发送刻印指令后，由信号通讯接口700的有线通讯接口702或无线通讯接口703接收指令，并将指令发送至指令控制系统300。接收到刻印指令后,指令控制系统300控制送纸系统400，由升降板406将纸张一侧抬起，步进电机A402驱动胶轮A403引导纸张放入刻印底板604之上。然后，由指令控制系统300驱动机械运动系统500调整刻印位置，在此过程中，夹装刻印头603的刻印阵列602由刻印臂601固定，并随机械运动系统一同调整。随后，指令控制系统300根据盲文文字内容对每个刻印头603的发送刻印信号，使多个刻印头603在纸张不同区域同时完成一个刻印周期。最后，由指令控制系统300向机械运动系统500发送运动指令，机械运动系统500将刻印头603移动到下一个刻印位置，并循环刻印过程直至该页内盲文内容刻印完成。随后由送纸系统400的步进电机B404驱动胶轮B405将纸张沿出纸口408输出。
此外，对于图案的刻印仅需要将刻印臂上601的刻印面阵6021取下，并安装刻印单点阵列6022，且此时的刻印底板604应为橡胶等材质的软质平板，指令控制系统300在接收到相应的刻印指令后，控制机械运动系统500将单点阵列6022移动到起始刻印位置，并按照图案的路径进行移动，移动过程中单点阵列6022上的刻印头603处于激发刻印状态，由此实现对图案的刻印。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
1、文字转盲文的方法
对于盲文的刻印来说，首先利用指令控制系统300中的软件结构在电脑主机上进行文字与盲文刻印指令的转换。下面以“我正在阅读《基于Python语言的20个实践项目案例》”这句话为例，说明具体的转换过程：
1)遍历多音字及特殊规定词库，确定多音字等具有特殊要求汉字的发音。根据方案的连写要求：“分词连写一般规则：基本以词为书写单位，词的各个音节连写”。则在例句中“我”、“正在”、“阅读”、“基于”、“语言”、“个”、“实践”、“项目”、“案例”为连写对象，则例句可划分为：[[我][正在][阅读]《[基于]Python[语言]的20[个][实践][项目][案例]》]。
2)由于方案规定阿拉伯数字前要进行一次专用符号标记，故将“20”作为整体提取，则例句可划分为：[[我][正在][阅读]《[基于]Python[语言]的[20][个][实践][项目][案例]》]；
3)对例句里的英文和标点符号等结构进行提取，其中英文以字母为提取单元，则例句可划分为：[[我][正在][阅读][《][基于][P][y][t][h][o][n][语言][的][20][个][实践][项目][案例][》]]；
4)按照常用汉字读音库和多音字及特殊规定词库，对汉字进行拼音转换，则例句可划分为：
[[wo][zheng4zai4][yue4du2][《][ji1yu2][P][y][t][h][o][n][yu3yan2][de][20][ge][shi2jian4][xiang4mu][an4li][》]]；
5)盲文方从左上角开始，按照“先从上到下，再从左到右”的规则，可以将一个“方”中的6个点依次编号为1、2、3、4、5和6，如图11所示。在编程语言中，可以将一个“方”对应定义为[[0,1,0],[1,0,1]]的一个三行两列的二维矩阵，其中的“1”和“0”分别表示对应位置是否存在盲文点。则按照声母韵母库、数字库、标点符号库和英文字母库可将上述例句转化为：
[[[1,0,1],[0,1,0]],[[0,0,1],[1,0,0]],[[0,0,1],[1,1,1]],[[0,1,1],[0,0,0]],[[1,0,1][0,1,1]],[[0,1,0],[1,0,1]],[[0,1,1],[0,0,0]],[[0,1,1][1,1,1]],[[0,1,1],[0,0,0]],[[1,0,0],[1,1,0]],[[1,0,1],[0,0,1]],[[0,1,0],[0,0,0]],[[0,0,0],[0,1,0]],[[0,0,1],[0,0,1]],[[1,1,0],[1,1,0]],[[0,1,0],[1,0,0]],[[1,0,0],[0,0,0]],[[0,0,1],[1,0,1]],[[0,1,0],[0,0,0]],[[0,0,0],[0,0,1]],[[1,1,1],[1,0,0]],[[1,0,1],[1,1,1]],[[0,0,0],[0,1,1]],[[1,0,1],[1,1,1]],[[0,0,0],[0,1,1]],[[1,0,1],[1,1,1]],[[0,1,1],[1,1,0]],[[1,1,0],[0,1,0]],[[1,0,1],[0,1,0]],[[1,0,1],[1,1,0]],[[0,0,1],[1,0,1]],[[1,0,0],[1,0,1]],[[0,1,0],[0,0,0]],[[1,0,0],[1,1,0]],[[0,1,0],[0,0,1]],[[0,0,1],[1,1,1]],[[1,1,0],[0,0,0]],[[0,1,0],[1,1,0]],[[1,1,0],[1,1,0]],[[0,1,0],[0,0,1]],[[1,0,0],[0,1,1]],[[0,1,0],[1,0,0]],[[0,1,0],[1,0,0]],[[1,1,0],[0,1,0]],[[1,0,0],[1,0,1]],[[0,1,1],[0,0,0]],[[1,1,0],[0,1,0]],[[1,0,1],[1,0,1]],[[1,0,1],[1,0,0]],[[1,0,1],[0,0,1]],[[0,1,1],[0,0,0]],[[1,1,1],[0,0,1]],[[1,1,1],[0,0,0]],[[0,1,0],[1,0,0]],[[0,1,1],[0,0,0]]]；
6)由于书写盲文相对于汉字来说占据较多纸张空间，则需要设定的每行显示“方”数，以实现排版。设每行显示12方，则依次提取每12个二维矩阵，并放置于“[]”中，则上述例句可表示为：
[[[[1,0,1],[0,1,0]],[[0,0,1],[1,0,0]],[[0,0,1],[1,1,1]],[[0,1,1],[0,0,0]],[[1,0,1],[0,1,1]],[[0,1,0],[1,0,1]],[[0,1,1],[0,0,0]],[[0,1,1],[1,1,1]],[[0,1,1],[0,0,0]],[[1,0,0],[1,1,0]],[[1,0,1],[0,0,1]],[[0,1,0],[0,0,0]]],
[[[0,0,0],[0,1,0]],[[0,0,1],[0,0,1]],[[1,1,0],[1,1,0]],[[0,1,0],[1,0,0]],[[1,0,0],[0,0,0]],[[0,0,1],[1,0,1]],[[0,1,0],[0,0,0]],[[0,0,0],[0,0,1]],[[1,1,1],[1,0,0]],[[1,0,1],[1,1,1]],[[0,0,0],[0,1,1]],[[1,0,1],[1,1,1]]],
[[[0,0,0],[0,1,1]],[[1,0,1],[1,1,1]],[[0,1,1],[1,1,0]],[[1,1,0],[0,1,0]],[[1,0,1],[0,1,0]],[[1,0,1],[1,1,0]],[[0,0,1],[1,0,1]],[[1,0,0],[1,0,1]],[[0,1,0],[0,0,0]],[[1,0,0],[1,1,0]],[[0,1,0],[0,0,1]],[[0,0,1],[1,1,1]]],
[[[1,1,0],[0,0,0]],[[0,1,0],[1,1,0]],[[1,1,0],[1,1,0]],[[0,1,0],[0,0,1]],[[1,0,0],[0,1,1]],[[0,1,0],[1,0,0]],[[0,1,0],[1,0,0]],[[1,1,0],[0,1,0]],[[1,0,0],[1,0,1]],[[0,1,1],[0,0,0]],[[1,1,0],[0,1,0]],[[1,0,1],[1,0,1]]],
[[[1,0,1],[1,0,0]],[[1,0,1],[0,0,1]],[[0,1,1],[0,0,0]],[[1,1,1],[0,0,1]],[[1,1,1],[0,0,0]],[[0,1,0],[1,0,0]],[[0,1,1],[0,0,0]]]]；
7)对每个盲文及每行盲文分别进行左右的镜像转换，则上述例句可表示为：
[[[[0,0,0],[0,1,0]],[[0,0,1],[1,0,1]],[[1,1,0],[1,0,0]],[[0,0,0],[0,1,1]],[[1,1,1],[0,1,1]],[[0,0,0],[0,1,1]],[[1,0,1],[0,1,0]],[[0,1,1],[1,0,1]],[[0,0,0],[0,1,1]],[[1,1,1],[0,0,1]],[[1,0,0],[0,0,1]],[[0,1,0],[1,0,1]]],
[[[1,1,1],[1,0,1]],[[0,1,1],[0,0,0]],[[1,1,1],[1,0,1]],[[1,0,0],[1,1,1]],[[0,1,1],[0,0,0]],[[0,0,0],[0,1,0]],[[1,0,1],
[0,0,1]],[[0,0,0],[1,0,0]],[[1,0,0],[0,1,0]],[[1,1,0],[1,1,0]],[[0,0,1],[0,0,1]],[[0,1,0],[0,0,0]]],
[[[1,1,1],[0,0,1]],[[0,0,1],[0,1,0]],[[1,1,0],[1,0,0]],[[0,0,0],[0,1,0]],[[1,0,1],[1,0,0]],[[1,0,1],[0,0,1]],[[1,1,0],
[1,0,1]],[[0,1,0],[1,0,1]],[[0,1,0],[1,1,0]],[[1,1,0],[0,1,1]],[[1,1,1],[1,0,1]],[[0,1,1],[0,0,0]]],
[[[1,0,1],[1,0,1]],[[0,1,0],[1,1,0]],[[0,0,0],[0,1,1]],[[1,0,1],[1,0,0]],[[0,1,0],[1,1,0]],[[1,0,0],[0,1,0]],[[1,0,0],
[0,1,0]],[[0,1,1],[1,0,0]],[[0,0,1],[0,1,0]],[[1,1,0],[1,1,0]],[[1,1,0],[0,1,0]],[[0,0,0],[1,1,0]]],
[[[0,0,0],[0,1,1]],[[1,0,0],[0,1,0]],[[0,0,0],[1,1,1]],[[0,0,1],[1,1,1]],[[0,0,0],[0,1,1]],[[0,0,1],[1,0,1]],[[1,0,0],[1,0,1]]]]。
2、盲文文字的刻印阵列排布
请参阅图12，通过实际测量，目前盲文刻印机中“点”直径约为1.4mm，以点中心为基准，一个方的空间尺寸约为2mm×4mm，且盲文的行距约为5mm，则可以将一个方限制在5mm×5mm的方框中。
请参阅图13，当刻印头竖直投影尺寸大于5mm×5mm时需要采用隔列隔行方式进行刻印。当刻印阵列位于起始点处时，每个刻印头不仅需要完成当前方的刻印，还需要完成相邻已知数量方的刻印。具体来说，若设一个刻印头需要完成投影下及相邻的2行3列盲文刻印(即m＝2,n＝3)，则每个方首先由机械运动系统所搭载的刻印阵列移动到起始点，随后同时完成编号“1”方中的盲文刻印，然后右移依次完成编号“2”和“3”方刻印，随后刻印阵列整体移动到编号为“a”方的起始位置，依次完成“a”、“b”和“c”方的刻印。故目前刻印头需要承担2行3列(1,2,3,a,b,c)，共6个“方”的刻印。
3、盲文刻印的实现方法
请参阅图14，根据上述方法，盲文需要被刻印到相应的方格中。搭载刻印阵列的机械运动系统在刻印伊始位于起始位置，此时刻印阵列所投影的刻印区域A、区域右侧2列B和区域下沿3行C统称为“刻印范围”；在该范围内，机械运动系统不需要进行长距离的移动，可以仅按照1-2-3-a-b-c的顺序步进，依次完成6个方中的盲文刻印。
请参阅图15，此时关系式(1)成立；机械运动系统不需要进行长距离的移动，可以仅按照1-2-3-a-b-c的顺序步进，依次完成6个方中的盲文刻印。
请参阅图16，此时关系式(2)成立；机械运动系统需要在完成刻印范围1后以刻印阵列的左上角为基准依次移动到刻印范围2、3和4完成相应范围内的盲文刻印，如图17所示。
4、图案的刻印方法具体为：
请参阅图18，首先进行图案到刻印路径的转换，具体为：
第一步，对所绘图片利用二值化和边缘提取等方法进行数字图像处理，以得到图案的线条轮廓；
第二步，根据轮廓及相关绘制路径算法规划出刻印头刻印图案的路径。
此外，还需要在指令控制系统中设定线条轮廓中每个像素点的长度等于步进电机的进给步幅。
绘制时，电脑主机将所保存的路径数据通过信号传输接口传递给指令控制系统，指令控制系统根据路径参数将刻印单点阵列从待机位置引导至绘制线段起始位置。随后控制单点阵列的刻印头保持通电激发状态，并按照路径驱动机械运动系统沿路径移动至线段终点，并在终点处发送信号使刻印头收回。按照此方法，指令控制系统依次完成每个线条的连续绘制，并最终在完成整张纸的图案绘制之后回到待机位置。
综上所述，本发明具有以下优点：
采用XY轴二维机械运动机构并搭载所提出的刻印阵列排布，能够在普通纸张上实现不同区域的同时刻印。与目前技术相比，机构运行噪音小、刻印效率有显著提升。
提出了与整体硬件相配套的盲文刻印方法，能够实现文字和图案的转换及相应的刻印。
适用于普通A4纸张的盲文刻印，相比于昂贵的牛皮盲文纸和连孔纸，降低了盲文刻印的成本。
能够对图案进行连续线条的刻印，相比于目前由离散点组成的“像素”级图案，线条更加流畅，便于盲人对图案的辨识。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种盲文刻印系统，其特征在于，包括：
指令控制系统(300)，接收含有刻印指令的信号并发送控制指令；
控制面板(200)，向指令控制系统(300)发送实施刻印的操作指令
送纸系统(400)，接收操作指令输送刻印纸张；
机械运动系统(500)，接收操作指令，驱动送纸系统(400)并控制刻印系统(600)在二维平面内移动；
刻印系统(600)，接收操作指令后实施刻印。
2.根据权利要求1所述的盲文刻印系统，其特征在于，控制面板(200)上设置有用于实现开关机功能和暂停/启动功能的按键，用于显示刻印机当前状态的状态指示灯(203)，以及用于语音播报的语音提示模块(204)。
3.根据权利要求1所述的盲文刻印系统，其特征在于，送纸系统(400)包括纸槽(401)，纸槽(401)的一端设置有升降板(406)，纸槽(401)的入口侧设置有导纸板(407)，出口侧设置有出纸口(408)，导纸板(407)与纸槽(401)和出纸口(408)之间分别设置有用于引导纸张运动的胶轮。
4.根据权利要求1所述的盲文刻印系统，其特征在于，机械运动系统(500)包括X轴支架导轨(501)和Y轴支架导轨(503)，X轴支架导轨(501)和Y轴支架导轨(503)分别连接对应的电机组成两个直线运动机构，刻印系统(600)连接设置在Y轴支架导轨(503)上，通过X轴运动驱动刻印系统(600)实现二维平面内的前后运动，通过Y轴运动驱动刻印系统(600)实现二维平面内的左右运动。
5.根据权利要求1所述的盲文刻印系统，其特征在于，刻印系统(600)包括刻印臂(601)、刻印阵列(602)、刻印头(603)和刻印底板(604)；刻印臂(601)的一端与机械运动系统(500)的Y轴直线运动机构连接，另一端与刻印阵列(602)连接，刻印阵列包括面阵(6021)和单点阵列(6022)；刻印面阵(6021)上排布有多个行列的刻印头(603)，每个单点阵列(6022)对应连接一个刻印头(603)；刻印底板(604)放置于刻印底面上，用于承载刻印纸张。
6.一种盲文刻印方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、建立包括常用汉字读音库、多音字及特殊规定词库、声母韵母库、数字库、标点符号库和英文字母库的数据库，按照对应的设定方案，用特殊符号对文字内容进行提取和隔离，根据上述数据库将其中的文字转换成拼音，然后分别将拼音、英文、数字和标点符号转换成盲文，再将盲文转换为控制指令；
S2、接收步骤S1的控制指令，根据刻印头的纵向投影尺寸采用密集布置或隔列隔行刻印对盲文文字的刻印阵列进行排布；
S3、分别针对连续盲文方的刻印和隔列隔行刻印进行盲文刻印；
S4、对图案进行刻印。
7.根据权利要求6所述的盲文刻印方法及其系统，其特征在于，步骤S1中，用特殊符号对拼音、英文、数字和标点符号进行提取和隔离具体为：
S1011、提取以字和词为发音单元的结构，并将提取的每一个结构用[]单独存放；
S1012、将连续的阿拉伯数字作为整体，并将提取的每一个结构用[]单独存放；
S1013、对英文和标点符号结构进行提取，英文以字母为提取单元，并将提取的每一个结构用[]单独存放；
S1014、按照常用汉字读音库和多音字及特殊规定词库，对汉字进行拼音转换，并将提取的每一个结构用[]单独存放。
8.根据权利要求6所述的盲文刻印方法及其系统，其特征在于，步骤S1中，将拼音、英文、数字和标点符号转换为盲文具体为：
S1021、盲文一个方从左上角开始，按照先从上到下，再从左到右规则，可以将一个方中的6个点依次编号为1、2、3、4、5和6；将一个方定义为[[0,1,0],[1,0,1]]的一个三行两列的二维矩阵，其中的“1”和“0”分别表示对应位置是否存在盲文点；
S1022、设定每行显示方数，以实现排版；
S1023、在刻印过程中，盲文排布的方向是由右向左，故每个盲文及每行盲文需要分别进行左右的镜像转换。
9.根据权利要求6所述的盲文刻印方法及其系统，其特征在于，步骤S3中，当采用隔行隔列刻印方式时，确定由刻印阵列所投影的刻印区域、区域相邻m列和区域下沿n行构成的刻印范围，定义L为每行所含方数，刻印阵列的尺寸为M行N列，每页纸张上的刻印行数为K，确定关系如下：
当式(1)成立时，表示一张纸上的盲文区域小于或等于阵列一次刻印的覆盖范围；机械运动系统的每个刻印头在完成当前盲文方的刻印后按照设定步进策略依次完成相邻a列和b行的盲文方刻印；当对应的刻印头当前没有盲文刻印内容时，则不接收刻印信号；
当式(2)成立时，表示一张纸上的盲文区域超出阵列一次刻印的覆盖范围；机械运动系统在完成当前的刻印范围后以刻印阵列的某个空间定位为基准依次移动到后续的刻印范围，并完成相应范围内的盲文刻印。
10.根据权利要求6所述的盲文刻印方法及其系统，其特征在于，步骤S4中，图案刻印具体为：首先进行图案到刻印路径的转换，利用二值化和边缘提取法对所绘图片进行数字图像处理，得到图案的线条轮廓；然后根据轮廓及相关绘制路径算法规划出刻印头刻印图案的路径；在指令控制系统中设定线条轮廓中每个像素点的长度等于步进电机的进给步幅；依次完成每个线条的连续绘制，完成整张纸的图案刻印后返回待机位置。
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