CN111932991B - 一种用于盲文显示装置的触点驱动机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于盲文显示装置的触点驱动机构,以压电陶瓷管作为驱动结构,包括转轴,从转轴顶端到底端依次为凸键、螺键、轴卡、预紧弹簧、转子A、定子A、压电陶瓷管、定子B、转子B、轴端套,驱动电压激发压电陶瓷管振动,并通过定子的摩擦耦合作用将压电陶瓷管的振动转化成转子带动转轴的旋转运动,转轴的转动又通过螺纹连接转化成螺键和凸键的线性运动。该触点驱动机构中,凸键是承受盲人触摸时的下压力的受力端,由于凸键与压电陶瓷管是分开的,可避免驱动失效造成的盲文显示错误等问题,且压电驱动结构体积小、响应速度快,从而解决采用电磁驱动或形状记忆合金驱动而造成的体积大、响应慢、发热大等技术问题。

Description

一种用于盲文显示装置的触点驱动机构
技术领域
本发明涉及盲文显示技术领域,尤其涉及一种用于盲文显示装置的触点驱动机构。
背景技术
盲文显示装置是盲文数字阅读装备的重要构成部分,国内外基于不同原理研发了用于盲文显示装置的触点驱动机构,盲人通过触摸盲文显示装置上凸起的触点构成的点字,来获知对应的信息。升起的凸点结构需能抵抗阅读者触摸时带来的下压力,而目前已有的盲文显示装置往往会因为下压力的作用而造成凸点结构的失效,从而使得盲文显示错误。同时,电磁驱动和形状记忆合金驱动是盲文显示的主要驱动方式,但是这两种驱动方式都各自存在着局限性:电磁驱动结构复杂(需要磁极、线圈等部件)、体积较大、电流较大;形状记忆合金驱动响应慢、发热大。而且这两种方式在断电后都不能保持最后的显示状态。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于盲文显示装置的触点驱动机构,第一方面可以解决现有技术中存在的凸点结构易顶出失效问题,从而避免盲文显示出错;第二方面,该触点驱动机构可以缩小盲文显示装置的整体体积,且能够快速响应,驱动速度快,从而解决采用电磁驱动或形状记忆合金驱动而造成的体积大、响应慢、发热大等技术问题。
为了实现上述技术目的,本发明采用压电陶瓷管作为驱动装置设计触点驱动机构,具体的技术方案如下:
一种用于盲文显示装置的触点驱动机构,以压电陶瓷管作为驱动结构,主要由凸键、螺键、轴卡、预紧弹簧、转子A、定子A、压电陶瓷管、转子B、定子B、转轴、轴端套、电极接线构成;所述转轴底端插入轴端套中,转轴上由底端到顶端依次套设转子B、定子B、压电陶瓷管、定子A、转子A、预紧弹簧、轴卡和螺键;其中,定子A和定子B固定粘结在压电陶瓷管的两端,转子A和定子A摩擦接触,转子B和定子B摩擦接触,转子A和转子B分别与转轴耦合或固定连接在一起;所述轴卡与转轴固定连接,将所述预紧弹簧压紧置于转子A的上端面之上;所述螺键外周为螺纹,沿轴向打有通孔,与转轴的顶部过盈配合;所述凸键位于螺键顶端,与螺键固定连接;所述电极接线与压电陶瓷管连接,通过驱动电压激发压电陶瓷管振动,并通过定子的摩擦耦合作用将压电陶瓷管的振动转化成转子带动转轴的旋转运动,转轴的转动又通过螺纹连接转化成螺键和凸键在轴向上的线性运动。
进一步的,所述压电陶瓷管沿厚度方向(即径向)极化,管的内外壁分别镀有电极,内壁上为全电极,外壁上的电极沿圆周方向被平均划分为四个相同的长方形电极区域;所述电极接线包括4条引线,分别与该四个电极区域对应连接。在时间和空间上的相位差均为90°的四路预设驱动电压的激发下,所述压电陶瓷管会产生两个正交的同型振动模态,从而耦合成沿特定方向的呼啦圈式的运动轨迹,通过定子的摩擦耦合作用将压电本体的呼啦圈式的运动转化成转子和转轴的旋转运动,最后通过螺纹连接转化成凸键和螺键的线性运动。
所述压电陶瓷管的压电陶瓷材料可以为典型的含铅系列压电陶瓷材料,如锆钛酸铅(PZT)基、钪酸铋-钛酸铅(BS-PT)基压电陶瓷,还可以是无铅系列压电陶瓷材料,如钛酸钡(BaTiO3)基、钛酸铋钠(Na1/2Bi1/2)TiO3基、铌酸钾钠(KNN)基压电陶瓷等。
优选的,所述电极接线为柔性电极,粘结于所述压电陶瓷管的外表面上。
所述凸键是受力端,将承受盲人触摸时的下压力。而凸键部分与压电陶瓷管是分开的,所受下压力不会直接传递到振动的陶瓷管上,故可以避免驱动失效造成的盲文显示错误等问题。在本发明的一种设计中,所述凸键的底端设有突起伸入所述螺键的通孔内,并与之粘结在一起。
进一步的,所述转轴从顶部开始依次设有三个平面卡槽,分别与所述螺键、轴卡和转子A对应连接;所述转轴的底部直径缩小,底端插入所述轴端套的孔中。
优选的,所述转子A与转轴上的卡槽之间通过块状的硅胶片耦合或粘结在一起;转子B与轴端套之间通过环形的硅胶片耦合或粘结在一起。
本发明还提出一种盲文显示模块,包括盲文显示模块外壳和多套所述触点驱动机构。在本发明的一个实施例中,所述盲文显示模块可安装8套所述触点驱动机构。
所述盲文显示模块外壳主要由上盖、主体上组件、主体下组件、底盖、多个螺纹套及两个触点驱动机构固定板构成。
所述上盖安装于所述主体上组件上,并有多个供所述触点驱动机构的凸键顶出的出键孔。
所述螺纹套安装在主体上组件的通孔内,与所述触点驱动机构的螺键使用螺纹方式连接。所述主体上组件与所述主体下组件间夹装触点驱动机构固定板A;所述主体下组件与所述底盖夹装触点驱动机构固定板B。
所述主体下组件的侧面开有多个槽,用于将连接所述触点驱动机构的电极接线向外引出,以和驱动电路进行连接。
同时,所述触点驱动机构的螺键的下端面直径大于所述螺纹套的下端面开孔直径,故螺键向下移动至螺纹套的内端面处便无法继续向下运动,从而构成一机械下限位;所述螺键的外直径大于外壳上盖的出键孔直径,故螺键向上移动至上盖处便无法继续向上运动,从而构成一机械上限位。两处机械限位使得所述凸键只能在“初始位置”与“凸起位置”间往复运动,提高了运动可控性。
所述触点驱动机构固定板定位于所述压电陶瓷管的节线位置(即陶瓷管振动时位移为0的位置),以尽量降低对压电陶瓷管微幅振动的影响。特别地,所述触点驱动机构固定板使用工程塑料制备,从而可以起到绝缘的作用,避免各触点驱动机构间因电极接触而可能导致的短路问题。
可以看出,所述凸键是受力端,将承受盲人触摸时的下压力。而凸键部分与压电陶瓷管是分开的,所受下压力不会直接传递到振动的陶瓷管上,故可以避免驱动失效造成的盲文显示错误等问题。
本发明还提供了一种盲文显示装置,其由多个盲文显示模块排列而成。
进一步地,所述盲文显示装置还包括驱动电路,用于为所述触点驱动机构上的各个电极区域提供预设驱动电压。
与现有技术相比,本发明的有益效果主要有:
本发明提供的用于盲文显示装置的触点驱动机构,工作于同型复合振动模式,体积小,驱动电路简单,不会因环境温度变化而导致模态失耦和压电驱动器失效等问题。同时,压电驱动方式具有响应快、可集成度高、功耗低等特点,以8个触点驱动机构为一组来表示一个盲文点字结构,可以有效提高盲人与终端的交互友好度。
本发明提供的用于盲文显示装置的触点驱动机构,受力端在凸键上,下压力不会传递给陶瓷管,故可以解决现有技术中存在的凸点结构易顶出失效问题,从而避免盲文显示出错。同时,螺键与外壳间通过螺纹套使用螺纹方式连接,可以有效提高输出力、位移分辨率,以及断电自锁功能。
本发明提供的盲文显示装置,由多个盲文显示模块排列而成,具有响应快、发热少、驱动速度快、结构稳定等优势。
附图说明
为了更清晰地说明本发明实施例中的技术方案,下面对实施例描述中使用的附图作简要介绍,其仅为说明书的一部分,并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为本发明实施例用于盲文显示装置的触点驱动机构的爆炸图;
图2为本发明实施例用于盲文显示装置的触点驱动机构的装配图;
图3为本发明实施例中的盲文显示模块的装配图;
图4为本发明实施例中的盲文显示模块的爆炸图;
图5为本发明实施例中的盲文显示模块的剖视图;
图6为本发明实施例中的盲文显示模块的触点驱动机构的正向驱动到位状态时的示意图;
图7为本发明实施例中的盲文显示模块的触点驱动机构的反向驱动到位状态时的示意图;
图8为本发明实施例中的盲文显示装置的结构示意图;
图标:
100-盲文显示模块;
200-盲文显示模块外壳;201-上盖;202-主体上组件;203-主体下组件;204-底盖;205-螺纹套;206-触点驱动机构固定板A;207-触点驱动机构固定板B;
300-触点驱动机构;301-凸键;302-螺键;303-轴卡;304-预紧弹簧;305-转子A;306-定子A;307-压电陶瓷管;308-定子B;309-转子B;310-转轴;311-硅胶片A;312-轴端套;313-电极接线;314-硅胶片B。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清晰,以下将结合附图,通过实施例对本发明技术方案进行详细说明。
图1为本实施例用于盲文显示装置的触点驱动机构的爆炸图,图2为本实施例用于盲文显示装置的触点驱动机构的装配图。所述触点驱动机构300为一种压电驱动机构,主要由凸键301、螺键302、轴卡303、预紧弹簧304、转子A 305、定子A 306、压电陶瓷管307、定子B308、转子B 309、转轴310、硅胶片A 311、轴端套312、电极接线313、硅胶片B 314构成。所述转轴310从顶部开始依次铣出三个平面卡槽,且底部直径缩小。所述转轴310的底端插入所述轴端套312的孔中,并与之粘结在一起。所述定子A 306、定子B 308对称地粘结在所述压电陶瓷管307的上下两个端面上。所述转子A 305、转子B 309对称地放置在所述定子A 306、定子B 308的上下两侧,所述转子A 305与所述定子A 306摩擦接触,且利用转轴310上的第三个卡槽与转轴310通过块状的硅胶片B 314耦合或粘结在一起;所述转子B 309与所述定子B 308摩擦接触,且利用转子B 309与轴端套312之间的间隙通过环形的硅胶片A 311耦合或粘结在一起。所述轴卡303粘结在转轴310的第二个卡槽处,并将所述预紧弹簧304压紧置于转子A 305的上端面之上。所述螺键302的外圆周上为全螺纹,沿轴向打有通孔,与所述转轴310的第一个卡槽过盈配合,故螺键302可在轴向方向上下运动。所述凸键301的底端伸入所述螺键302的内孔中一部分,并与之粘结在一起。所述电极接线313为柔性电极,粘接于所述压电陶瓷管307的外表面上,电极接线313包括4条引线,分别与压电陶瓷管307外圆周上的四个电极区域相对应。
所述压电陶瓷管307沿厚度方向(即径向)极化,管的内外壁分别镀有电极,内壁上为全电极,外壁上的电极沿圆周方向被平均划分为四个相同的长方形电极区域。在预设驱动电压的作用下,压电陶瓷管307受激发产生两个正交的同型振动模态,会使与之固定粘接的定子A 306和定子B 308表面产生椭圆形式的微幅高频振动,接着通过摩擦耦合作用传递给与之摩擦接触的转子A 305和转子B 309。由于转子A 305、转子B 309均与转轴310通过硅胶耦合在一起,故转轴310会随转子一起产生沿特定方向的旋转运动。转轴310带动螺键302转动,之后通过螺纹连接的耦合作用,转轴310的旋转运动会转化成凸键301和螺键302沿中心转轴310的直线位移输出。通过改变预设信号的相位差,便能改变凸键301的线性运动方向。同时,螺纹连接方式的使用,可以有效提高输出力、位移分辨率,以及断电自锁功能。
所述凸键301承受盲人触摸时的下压力,但是由于受力部分与马达驱动部分是分开的,故下压力不会影响到压电陶瓷管307的机电转换,故可以防止凸键301发生线性运动失效的问题,从而可以避免盲文显示出现错误。
图3为本实施例的盲文显示模块的装配图,本实施例中的盲文显示器模块100,其主要由盲文显示模块外壳200和触点驱动机构300构成。所述盲文显示器模块100可安装8套所述触点驱动机构300。
图4为本实施例的盲文显示模块的爆炸图,所述盲文显示模块外壳200主要由上盖201、主体上组件202、主体下组件203、底盖204、螺纹套205、触点驱动机构固定板A 206、触点驱动机构固定板B 207构成。所述上盖201有8个出键孔并安装于所述主体上组件202上。所述主体上组件202有8个所述螺纹套205的安装孔并安装所述螺纹套205,触点驱动机构300中的所述螺键302固定于所述螺纹套205中。所述主体下组件203的侧面开有8个槽,用于将所述电极接线313接出,以和驱动电路相连,控制不同触点驱动机构300的运动。所述主体上组件202与所述主体下组件203之间夹装所述触点驱动机构固定板A 206;所述主体下组件203与所述底盖204之间夹装所述触点驱动机构固定板B 207。
所述触点驱动机构固定板A 206和触点驱动机构固定板B 207的位置即为所述压电陶瓷管307的节线位置(即振动位移为0的位置),从而降低对陶瓷管振动的影响。所述触点驱动机构固定板使用工程塑料制备,可以起到绝缘的作用,避免各压电驱动器间因电极接触而可能导致的短路问题。
图5为本实施例的盲文显示模块的剖视图。所述触点驱动机构300的螺键302的下端面直径大于所述螺纹套205的下端面开孔直径,故螺键302向下移动至螺纹套205的内端面处便无法继续向下运动,从而构成一机械限位;所述螺键302的外直径大于所述盲文显示模块外壳200的上盖201的出键孔直径,故螺键302向上移动至上盖201处便无法继续向上运动,从而构成另一机械限位。
图6为本实施例的盲文显示模块的触点驱动机构的正向驱动到位状态时的示意图,所述触点驱动机构300的所述转轴301正向转动带动所述螺键302在所述螺纹套205中螺旋上升,直至到位。图7为本实施例的盲文显示模块的触点驱动机构的反向驱动到位状态时的示意图,所述触点驱动机构300的所述转轴301反向转动带动所述螺键302在所述螺纹套205中螺旋下降,直至到位。
图8为本实施例的盲文显示装置的结构示意图,盲文显示装置由所述多个盲文显示器模块100以及驱动电路组成。驱动电路用于为所述触点驱动机构300上的各个电极区域提供预设驱动电压,通过控制不同压电陶瓷管307的电压施加情况,便能控制每个模块内点字凸起的状态,从而使盲人获取到相应的文字信息。
最后应说明的是:以上实例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种用于盲文显示装置的触点驱动机构,以压电陶瓷管作为驱动结构,包括凸键、螺键、轴卡、预紧弹簧、转子A、定子A、压电陶瓷管、转子B、定子B、转轴、轴端套和电极接线,所述转轴底端插入轴端套中,转轴上由底端到顶端依次套设转子B、定子B、压电陶瓷管、定子A、转子A、预紧弹簧、轴卡和螺键;其中,定子A和定子B固定粘结在压电陶瓷管的两端,转子A和定子A摩擦接触,转子B和定子B摩擦接触,转子A和转子B分别与转轴耦合或固定连接在一起;所述轴卡与转轴固定连接,将所述预紧弹簧压紧置于转子A的上端面之上;所述螺键外周为螺纹,沿轴向打有通孔,与转轴的顶部过盈配合;所述凸键位于螺键顶端,与螺键固定连接;所述电极接线与压电陶瓷管连接,通过驱动电压激发压电陶瓷管振动,并通过定子的摩擦耦合作用将压电陶瓷管的振动转化成转子带动转轴的旋转运动,转轴的转动又通过螺纹连接转化成螺键和凸键的线性运动;
所述压电陶瓷管沿厚度方向极化,管的内外壁分别镀有电极,内壁上为全电极,外壁上的电极沿圆周方向被平均划分为四个相同的长方形电极区域;所述电极接线包括4条引线,分别与该四个电极区域对应连接。
2.如权利要求1所述的用于盲文显示装置的触点驱动机构,其特征在于,所述压电陶瓷管的压电陶瓷材料为含铅系列压电陶瓷材料或无铅系列压电陶瓷材料。
3.如权利要求1所述的用于盲文显示装置的触点驱动机构,其特征在于,所述压电陶瓷管的压电陶瓷材料选自锆钛酸铅基压电陶瓷、钪酸铋-钛酸铅基压电陶瓷、钛酸钡基压电陶瓷、钛酸铋钠基压电陶瓷、铌酸钾钠基压电陶瓷。
4.如权利要求1所述的用于盲文显示装置的触点驱动机构,其特征在于,所述电极接线为柔性电极,粘结于所述压电陶瓷管的外表面上。
5.如权利要求1所述的用于盲文显示装置的触点驱动机构,其特征在于,所述凸键的底端设有突起伸入所述螺键的通孔内,并与之粘结在一起。
6.如权利要求1所述的用于盲文显示装置的触点驱动机构,其特征在于,所述转轴从顶部开始依次设有三个平面卡槽,分别与所述螺键、轴卡和转子A对应连接;所述转轴的底部直径缩小,底端插入所述轴端套的孔中。
7.如权利要求6所述的用于盲文显示装置的触点驱动机构,其特征在于,所述转子A与转轴上的卡槽之间通过块状的硅胶片耦合或粘结在一起;转子B与轴端套之间通过环形的硅胶片耦合或粘结在一起。
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