CN111882954A - 一种精准化盲文点显装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了盲人教育领域的一种精准化盲文点显装置，旨在解决盲文书籍数量有限，电子盲文定位错误，更新周期长的问题。一种精准化盲文点显装置包括单片机控制器，动态盲文数据更新库，人机交互可视化UI界面和盲文点显器。所述单片机控制器将动态盲文数据库中的盲文信息转换成盲文显示控制信号后，通过人机交互可视化UI界面传递给盲文点显器。所述盲文点显器包括底座外围支撑框架，电机驱动机构一，电机驱动机构二，舵机驱动机构，底部固定板，中间固定板，触摸板和盲文触点显示模块。所述盲文触点显示模块有36方，共216个盲文触点，从外到内依次是导电铜片一，钢制外壳，微型强磁铁，微型线圈，铁芯，柔性弹簧，触摸凸点。本发明较好的解决了盲文定位错误和更新周期长的问题。

Description

一种精准化盲文点显装置

技术领域

本发明属于盲人高等教育领域，尤其涉及一种精准化盲文点显装置。

背景技术

据调查盲人教育多以依赖盲文书籍为主，只有部分可以接触盲文电子书籍，有声书籍，在盲文书籍数量有限、制作及存储花费大量人力、物力、财力的情况下，阅读受时间、空间的限制，导致阅读灵活性不高。 盲文电子产品价格昂贵，操作复杂，需要具备一定的知识和经济能力，使用中会出现盲文显示错误，更新周期长的问题，加剧阅读的难度，进而导致阅读体验差。因此，设计一种成本低，操作简单，阅读灵活性高，阅读体验好的盲文点显装置已成大势所趋。

发明内容

本发明的目的立足于盲人高等教育领域，减少因学致贫的盲人群体比重，提供了一种精准化盲文显示装置，以解决盲人阅读灵活性不高，无障碍阅读体验差的问题。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种精准化盲文点显装置，所述精准化盲文点显装置包括单片机控制器，动态盲文数据更新库，人机交互可视UI界面和盲文点显器，所述盲文点显器包括底座外围支撑框架、电机驱动结构一、电机驱动结构二、底部固定板、舵机驱动机构、中间固定板，触摸板和盲文触点显示模块，所述电机驱动结构一、所述电机驱动结构二和所述盲文触点显示模块由所述单片机控制器通过所述人机交互可视化UI界面与盲文点显器实现双向通信。所述单片机控制器将所述动态盲文数据库中的盲文点字信息转换成盲文显示控制信号，所述盲文显示控制信号通过所述人机交互可视化UI界面传递给所述电机驱动结构一实现下一行盲文数据的更新，同时所述人机交互可视化UI界面将盲文显示控制信号传递给所述电机驱动结构二，所述电机驱动结构二带动所述舵机驱动机构和所述盲文触点显示模块在所述可移动横梁上移动实现下一个盲文字符的输出，所述舵机驱动机构向上运动继而带动所述盲文触点显示模块中部分盲文触点向上运动形成盲文字符。

所述动态盲文数据库以现行的汉字数量和基本音节，声母，韵母为基础对汉字，数字，特殊字符进行了盲文点的设置。

所述盲文触点显示模块采用二进制算法定位，通过实点与虚点的排列组合来表达盲文字符， 将实点定义为 1，虚点为 0。

所述底座外围支撑框架的底部安装4个支撑脚来固定地面，所述底座外围支撑框架包括横梁、横梁固定支架、电机、电机轴、皮带一、皮带轮一、滚动支架一、滚轮一和螺丝。

所述横梁包括固定横梁和可移动横梁，所述固定横梁包括X轴横梁和Y轴横梁，两者之间通过所述横梁固定支架和所述螺丝进行铰接，所述滚动支架一端安装在y轴横梁上，另一端与所述滚轮一相连，所述电机包括可移动横梁电机和y轴电机，所述y轴电机固定在所述y轴横梁的一端， 所述y轴电机与所述电机轴铰接，所述电机轴通过所述皮带轮一与所述皮带的一端相连，所述皮带的另一端与所述滚动支架一，相连形成电机驱动结构一。

所述Y轴电机转动，带动所述电机轴和所述皮带轮一转动，进而带动所述滚动支架一随着所述皮带一在Y轴方向移动，从而使所述可移动横梁在Y轴方向移动。

所述可移动横梁与y轴所述滚动支架二通过螺丝固定，所述滚动支架二一端安装在可移动横梁上，另一端与所述滚轮二相连，所述可移动横梁电机固定在所述可移动横梁的一端，所述可移动横梁电机通过所述皮带轮二与所述皮带二的一端连接，所述皮带二的另一端与所述滚动支架二相连。所述可移动横梁电机转动，带动所述皮带轮二转动，进而带动所述滚动支架二随着所述皮带二在X轴方向移动，从而使舵机驱动机构在X轴方向移动。

所述舵机驱动机构固定在可移动横梁的滚动支架三上，包括舵机，舵机固定板，顶起结构板，曲柄，导杆，顶起杆，所述舵机的下端通过所述舵机固定板固定在可移动横梁所述滚动支架三上，所述舵机的舵盘与所述曲柄的一端相啮合，所述曲柄的另一端与所述导杆的一端进行轴连接形成转动副，所述导杆的另一端与所述顶起杆进行轴连接形成转动副，所述导杆穿过顶起结构板上的方孔，所述舵机转动带动所述顶起杆向上运动，进而导致所述盲文触点显示的向上凸起。

当舵机的舵盘转动时，带动曲柄回转，再通过导杆，使顶起杆做上下往复运动，将舵机的转动变为顶起杆的上下移动，增加了空间利用率。

所述中间固定板通过板固定架与底部固定板连接，中间固定板上设有216个盲文孔，4个矩形凹槽和导电铜片一，所述的凹槽用来放置一键复位开关，中间固定板的每一个通孔旁有一个导电铜片二。

所述触摸板上设有通孔和一键复位开关，所述凹槽上分布着与中间固定板通孔相应的216个直径为4mm的盲文孔，孔的位置和数量与盲文点显器的凹凸点阵数量相同，所述一键复位开关共有4个，分布在每一行盲文点的左侧。所述触摸板通过板固定架与中间固定板连接，所述开关的作用是在每一行盲文更新完成后，盲人可以自行选择需要保留或重新更新单行盲文，也可以断电后实现整个盲文点显装置的更新。

所述盲文触点显示模块的每个模块有6个显示触点，所述每个显示触点从外到内依次是导电铜片一，钢制外壳，微型强磁铁，微型线圈，铁芯，柔性弹簧，触摸凸点。所述导电铜片一固定在钢铁外壳的底部，通过导线与底部固定板连接，底部固定板通过导线与电源连接，形成闭合回路。

所述微型强磁铁的下方固定在钢铁外壳的底部，上方固定在微型线圈的底座，所述微型线圈包括底座和线圈，铁芯穿过钢制外壳上略大于其直径的通孔，在线圈内纵向运动，所述铁芯上安装导电铜片三，在通电时，导电铜片三与中间固定板的导电铜片一接触，形成闭合回路，便可通过一键复位开关进行复位控制，所述柔性弹簧一端固定在铁芯上，呈涡旋状缠绕在铁芯上，另一端固定在钢铁外壳上，所述触摸凸点安装在铁芯的上方。

所述铁芯与线圈同轴心，可以增微型线圈管内部的磁感应强度，加大电流，提高装置的运行功率。

当给线圈通正电时，被磁化的铁芯向远离微型强磁的方向运动，柔性弹簧伸长，一起使凸点上升，当通负电时，运动原理与通正电相同，凸点下降，实现一键复位。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

1.本发明所述的精准化盲文点显装置，通过步进电机二维精准定位和磁吸式一键复位，解决了现有盲文装置显示错误，更新周期长的问题。

2.本发明所述的精准化盲文点显装置，通过动态盲文数据更新库，解决了现有盲文知识储存数量有限，盲人阅读视野受限的问题。

3.本发明所述的精准化盲文点显装置，通过可视化UI界面对所编译的文字的结构，电机的运动参数及状态进行详细解读，方便用户更清楚的了解盲文结构。

附图说明

附图1是本发明实施实例提供的一种精准化盲文点显装置的整体结构示意图；

附图2是本发明实施实例提供的一种精准化盲文点显装置的底座外围支撑框架和电机驱动结构一和电机驱动二结构示意图

附图3是本发明实施实例提供的一种精准化盲文点显装置的底座外围支撑框架

附图4是本发明实施实例提供的一种精准化盲文点显装置的可移动横梁和舵机驱动机构装配结构示意图；

附图5是本发明实施实例提供的一种精准化盲文点显装置的可移动横梁结构示意图；

附图6是本发明实施实例提供的一种精准化盲文点显装置的舵机驱动机构示意图；

附图7是本发明实施实例提供的一种精准化盲文点显装置的触摸板，中间固定板，和底部固定板装配结构示意图；

附图8是本发明实施实例提供的一种精准化盲文点显装置的中间固定板示意图；

附图9是本发明实施实例提供的一种精准化盲文点显装置的盲文显示触点模块结构示意图；

附图10是本发明实施实例提供的一种精准化盲文点显装置的盲文显示触点结构示意图；

图中: 1-底座外围支撑框架，2-x轴横梁，3-y轴横梁，4-横梁固定架，5-螺丝，6-支撑脚，7-Y轴电机，8-电机轴，9-皮带轮一，10-皮带一，11-滚动支架一，12-电机驱动机构一，13-可移动横梁，14-可移动横梁电机，15-皮带轮二，16-皮带二，17-滚动支架二，18-电机驱动机构二，19-舵机驱动机构，20-滚动支架三，21-舵机固定板，22-顶起结构板，23-舵机，24-曲柄，25-导杆，26-顶起杆，27-导电铜片一，28-触摸板，29-板固定架，30-中间固定板，31-盲文触点显示模块，32-盲文孔，33-一键复位开关，34-矩形凹槽，35-导电铜片二，36-铁芯，37-导电铜片三，38-绝缘外框，39-微型线圈，40-底部固定板，41-钢制外壳，42-微型强磁铁，43-柔性弹簧，44-触摸凸点，45-滚轮一，46-滚轮二。

附图11是本发明实施实例提供的一种精准化盲文点显装置的人机交互可视化UI界面结构示意图；

图中①显示下方文本框内输入的汉字

②显示与①所示汉字对应的盲文

③显示下位机显示盲文的盲点距离与字符距离

④显示与②所示盲文对应的G代码

⑤下位机控制区

⑥清除G代码

⑦控制下位机运动部分返回原点位置

⑧G命令输入区

⑨向下位机发送⑧中输入的G代码

⑩向下位机发送④中显示的G代码

⑪连接串口

附图12是本发明实施实例提供的一种精准化盲文点显装置的人机交互可视化UI运行流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚的说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

所述单片机控制器将动态盲文数据库中的盲文点字信息转换成盲文显示控制信号，所述盲文显示控制信号通过人机交互可视化UI界面传递给所述驱动结构和所述盲文触点显示模块，所述的单片机控制器为Arduino NANO单片机控制器。

如附图3所示，两根x轴横梁2和两根y轴横梁3通过横梁固定架4和螺丝5铰接构成底座外围支撑框架1，四个支撑脚6分别分布在底座外围支撑框架1与地面接触的四个角。

如附2所示，将 y轴电机7固定在y轴横梁3上，电机轴8一端固定在y轴电机7上，另一端与皮带轮一9相连，皮带一10紧套在皮带轮一9上，皮带一10的另一端与安装在y轴横梁3的滚动支架一11相连，形成电机驱动结构一12。所述可移动横梁13通过螺丝5与y轴横梁3的滚动支架一11铰接。当人机交互可视化UI界面将 G代码指令发送给y轴电机7时，y轴电机7运动进而带动皮带轮一9转动，皮带一10跟随皮带轮一9做匀速运动，带动y轴横梁3上的滚动支架一11运动，可移动横梁13在滚动支架一11的作用下可在底座外围支撑框架1的y轴上纵向运动，到达所需的Y轴位置。

如附图4所示，将可移动横梁电机14固定在可移动横梁13的一端，可移动横梁电机14与皮带轮二15相连，皮带二16紧套在皮带轮15上，皮带二16的另一端与安装在可移动横梁13上的滚动支架二17相连，形成电机驱动机构二18。

如附图4所示所述舵机驱动机构19通过螺丝5与可移动横梁13上的滚动支架三20铰接。当人机交互可视化UI界面将G代码指令发送给可移动横梁电机14时，可移动横梁电机14运动进而带动皮带轮二15转动，皮带二16跟随皮带轮二15做匀速运动，带动可移动横梁14上的滚动支架三20运动，舵机驱动机构19在可移动横梁13上的滚动支架三20作用下在可移动横梁13上横向运动，到达所需的X轴位置

如附图6所示，所述舵机驱动机构包括舵机23，舵机固定板21，顶起结构板22，曲柄24，导杆25，顶起杆26。舵机固定板21的一端通过螺丝5与可移动横梁13上的滚动支架三20铰接，舵机固定板21的另一端同时与顶起结构板22和舵机23的下端铰接，舵机23的舵盘与曲柄24的一端相啮合，曲柄24的另一端与导杆25的一端进行轴连接形成转动副，导杆25的另一端与顶起杆26进行轴连接形成转动副，而顶起杆26则穿过顶起结构板22上的方孔。舵机驱动机构19通过串口接收单片机控制器的脉冲信号，根据可视化UI界面的盲文点字的显示信息，Y轴电机7和可移动横梁电机14进行转动，控制顶起机构到达（X，Y）坐标后，单片机控制器给舵机23输入信号，控制舵机23的舵盘转动一定的角度，带动曲柄24和导杆25运动，使顶起杆26开始向上顶起与盲文显示模块底部的导电铜片一27相接触，从而导通回路形成盲文突起。

如附图7所示，触摸板28通过板固定架29安装在中间固定板30的上方，触摸板28上分布有4行9列盲文触点显示模块31共216个盲文孔32和4个一键复位开关33，盲文孔32的数量和分布位置与盲文触点显示模块31相对应，4个一键复位开关33分别分布在每一行盲文孔32的右边，一键复位开关33的作用是在每一行盲文更新完成后，盲人可以自行选择需要保留或重新更新单行盲文，也可以断电后实现整个盲文点显装置的更新。

如附图9所示，中间固定板30上分布与触摸板数量，位置相同盲文孔32和与一键复位开关33位置相同的矩形凹槽34，每个盲文孔32的旁边分布导电铜片二35，当盲文触点显示模块31在凸起状态时，所述盲文孔32旁的导电铜片二35与盲文触点显示模块31中铁芯36上的导电铜导片三37相接通，形成闭合回路，按动复位开关33后可进行一键复位。一键复位以后，所述盲文孔32旁的导电铜片二35与盲文触点显示模块31中铁芯36上的导电铜导片三37自动断开。

如附图9所示，盲文触点显示模块31由六个盲文触点显示装置和绝缘外框38组成，绝缘外框38的形状以六个盲文触点的形状及分布依据。

如附图9和10所示，盲文触点显示装置包括导电铜片三37，钢制外壳41，微型强磁铁42，微型线圈39，铁芯36，柔性弹簧43，触摸凸点44。微型线圈39的一端与底部固定板40的线路相连，另一端与钢制外壳41底部的导电铜片一27相连，当通电时，电流经过导电铜片一27与底部固定板40形成闭合回路，为盲文触点显示模块31的凸起提供动力。

所述微型强磁铁42的下方固定在钢制外壳41的底部，上方固定在微型线圈39的底座，铁芯36穿过钢制外壳41上略大于其直径的通孔，在微型线圈39内纵向运动，铁芯36上安装导电铜片三37与钢制外壳41底部的导电铜片一27相连。在凸点上升以后，导电铜片三37与中间固定板30的导电铜片二35接触，形成闭合回路，可通过一键复位开关33进行控制突起的下落。柔性弹簧43一端固定在铁芯36上，整体呈涡旋状缠绕在铁芯36上，另一端固定在钢铁外壳41上，触摸凸点44安装在铁芯36的上方。

所述铁芯36与微型线圈39同轴心，可以增微型线圈39管内部的磁感应强度，加大电流，提高装置的运行功率。

当给微型线圈通正电时，被磁化的铁芯36向远离微型强磁铁42的方向运动，柔性弹簧43伸长，使凸点上升，接通另一回路。当通负电时，运动原理与通正电相同，凸点下降，实现一键复位。

如附图11所示，所述人机交互可视化UI界面的功能为对盲文字符的输出，电机运动参数，状态进行设置，舵机的向上运动带动盲文触点显示模块的突起。

所述人机交互可视化UI界面由PyQt5软件自主设计，通过对所述舵机驱动机构和所述盲文触点显示模块的运行参数和运行状态进行调节，进而控制所述所述电机驱动机构一和所述电机驱动二的二相步进电机实现x轴，y轴方向的单步和连续位移及盲文点阵的起落，软件的运行逻辑流程如图12所示。

Claims (10)

1.一种精准化盲文点显装置，其特征在于，包括单片机控制器，所述单片机控制器将动态盲文数据库中的盲文点字信息转换成盲文显示控制信号，所述盲文显示控制信号通过人机交互可视化UI界面传递给盲文点显器，所述盲文点显器包括底座外围支撑框架（1）、电机驱动机构一（12）、电机驱动机构二（18）、舵机驱动机构（19）、底座固定板（40）、中间固定板（30）、触摸板（28）和盲文触点显示模块（31），所述电机驱动结构一（12）、所述电机驱动结构二（18）和所述盲文触点显示模块（31）由所述单片机控制器通过所述人机交互可视化UI界面与盲文点显器实现双向通信。

2.根据权利要求1所述一种精准化盲文点显装置，其特征在于，所述单片机控制器将动态盲文数据库中的盲文点字信息转换成盲文显示控制信号，所述盲文显示控制信号通过所述人机交互可视化UI界面传递给所述电机驱动结构一（12）实现下一行盲文数据的更新，所述人机交互可视化UI界面将盲文显示控制信号传递给所述电机驱动结构二（18），所述电机驱动结构二（18）带动所述舵机驱动机构（19）和所述盲文触点显示模块（31）在可移动横梁（13）上移动实现下一个盲文字符的输出，所述舵机驱动机构（19）向上运动继而带动所述盲文触点显示模块（31）中部分盲文触点向上运动形成盲文字符。

3.根据权利要求1所述一种精准化盲文点显装置，其特征在于，所述底座外围支撑框架（1）包括x轴横梁（2）、y轴横梁（3）、可移动横梁（13）、支撑脚（6）、横梁固定支架（4），所述电机驱动机构一（12）包括y轴电机（7）、电机轴（8）、皮带一（10）、皮带轮一（9）（这个标号是不是有错误）、滚动支架一（11）、滚轮一（45）和螺丝（5），所述电机驱动二（18）包括可移动横梁电机（14）、滚动支架二（17）、滚轮二（46）、皮带二（16）、皮带轮二（15），所述可移动横梁（13）通过滚动支架一（11）搭接在在外围框架的y轴横梁（3）上，所述底座固定板（40）通过板固定架（29）固定在底座外围支撑框架（1）的上方，所述电机轴（8）的一端固定在y轴电机（7）上，另一端固定在y轴横梁（3）上，所述y轴电机（7）固定在y轴横梁（3）上，所述皮带轮一（9），皮带一（10），和y轴电机（7）构成电机驱动结构一(12)，所述y轴电机（7）运动时，通过滚动支架一（11）转动来带动可移动横梁（13）在y轴横梁（3）上纵向移动，实现下一行盲文点的更新，可移动横梁电机（14）运动时，通过滚动支架三（20）上的滚轮 二（46）转动来带动舵机驱动机构（19 ）在可移动横梁（13）上横向运动，实现下一个盲文点的更新。

4.根据权利要求2所述一种精准化盲文点显装置，其特征在于，所述单片机控制器将输出盲文的信息传递给人机交互可视化UI界面，在人机交互可视化界面上对y轴电机（7）和可移动横梁电机（14）的运行参数，运行状态进行调整。

5.根据权利要求1所述一种精准化盲文点显装置，其特征在于，所述舵机驱动机构（19）通过滚动支架三（20）和螺丝（5）固定在可移动横梁（13）上，舵机驱动机构（19）包括舵机固定板（21）、舵机（23）、曲柄（24）、导杆（25）、顶起结构板（22）和顶起杆（26），所述舵机固定板（21）的一端固定在可移动横梁（13）的滚动支架三（20）上，另一端固定在舵机（23）的一端上，舵机（23）的另一端与曲柄（24）的一端铰接，曲柄（24）的另一端通过导杆（25）与顶起杆（26）铰接。

6.根据权利要求4所述一种精准化盲文点显装置，其特征在于，所述单片控制器将更新下一行盲文的信息传递给人机交互可视化UI界面，通过串口传递给舵机驱动机构，根据二进制算法，1表示盲文凸点为顶起状态，0为凹陷状态，实现盲文点阵的输出。

7.根据权利要求1所述一种精准化盲文点显装置，其特征在于，中间固定板（30）通过板固定架（29）安装在底部固定板（47）的上方，所述中间固定板（30）上分布216个盲文孔（32）和一键复位开关的凹槽（34），每个盲文孔的旁边分布导电铜片二（35），当通电时，所述导电铜片二（35）与盲文触点显示模块（31）的铁芯（36）上的导电铜片三（37）形成闭合回路。

8.根据权利要求1所述一种精准化盲文点显装置，其特征在于，所述触摸板（28）通过板固定架（29）安装在中间固定板（30）的上方，触摸板（28）上分布与中间固定板（30）数量，位置相同的盲文孔（32）和一键复位开关（33）。

9.根据权利要求8所述一种精准化盲文点显装置，其特征在于，所述盲文触点显示模块包括六个盲文触点显示装置，盲文触点显示装置包括导电铜片一（27）、钢制外壳（41）、微型强磁铁（42）、微型线圈（39）、铁芯（36）、柔性弹簧（43）、触摸凸点（44），所述导电铜片一（27）的一端与底部固定板（40）相连，另一端与钢制外壳（41）相连，当通电时导电铜片一（27）与底板固定板（40）形成闭合回路，为盲文触点显示模块（31）的凸起提供动力，所述微型强磁铁（42）的下方固定在钢铁外壳（41）的底部，上方固定在微型线圈（39）的底座，铁芯（36）穿过钢制外壳（41）上略大于其直径的通孔，在微型线圈（39）内纵向运动，铁芯（36）上安装导电铜片三（37），柔性弹簧（43）一端固定在铁芯（36）上，整体呈涡旋状缠绕在铁芯（36）上，另一端固定在钢铁外壳（41）上，触摸凸点（44）安装在铁芯（36）的上方。

10.根据权利要求9所述一种精准化盲文点显装置，其特征在于，盲文触点显示模块通过串口接收单片机控制器的G代码指令，通过分析G代码指令和盲文字符的信息，实现盲文触点的凸起，进而形成盲文点阵。

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