CN115171485A - 一种电磁驱动式盲文显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电磁驱动式盲文显示装置，所述装置包括上框架、探针、复位弹簧、隔磁线圈、电磁线圈、磁铁、套筒、延长柱、封盖和柱头螺丝，所述上框架位于最外侧，探针位于装置顶端中间，复位弹簧位于探针上方，套筒位于封盖上方，隔磁线圈和电磁线圈位于套筒外侧，磁铁和延长柱位于套筒内侧，所述延长柱位于探针下方，并与磁铁连接，随磁铁在套筒内部左右移动。本发明装置通过延长柱斜面与探针斜面相配合，延长柱的横向位移被转化为探针的纵向位移，使盲文点克服重力并弹起，设计精巧且结构稳定性强；锁止力大、能耗低、重量轻，符合盲人阅读习惯，便于盲文显示装置的推广。

Description

一种电磁驱动式盲文显示装置
技术领域
本发明涉及数字化盲文显示装置，尤其涉及一种重量轻、锁止结构稳定且锁止力较大的电磁驱动式盲文显示装置。
背景技术
传统的盲人阅读方式通过触觉感知盲文书籍，盲文书籍是按照一定规则排列的凸点阵列组成，每方以六个凸点为基本结构，由于盲文书籍凸点结构需要采用较厚的纸张制作且工艺复杂，导致盲文书籍存在制作周期长、笨重和不易携带等问题。随着信息技术的不断发展，数字化盲文显示装置将有望代替盲文书籍成为盲文信息传递的主要载体。数字化盲文显示装置可以将盲文书籍中的盲文用动态刷新的盲文点阵进行显示，相比盲文书籍具有数据可刷新、体积小、携带方便等特点，能为盲人的阅读和学习提供便利。
盲文显示装置的驱动类型可分为气体驱动式、形状记忆合金式、电活性聚合物驱动式、压电陶瓷驱动式和电磁驱动式等。电磁驱动式是利用电磁线圈通电产生的磁场来对磁铁产生排斥作用，从而驱动盲文点运动。电磁驱动对比其他驱动方式，具有响应速度快、体积小等特点，广泛应用于盲文显示装置。然而，已有的电磁驱动式盲文显示装置一般通过磁吸引力对弹起的盲文点进行固定，在手指按压盲文点时，可能会因锁止力小、锁止结构不稳定等问题而出现盲文点被按下去的情况，影响盲人对盲文信息的正确感知，同时，由于需要保持通电来产生足够的磁吸引力，传统的电磁驱动式盲文显示装置还存在能耗高、体积大、重量大、结构复杂等问题。因此，为盲人开发一种锁止结构稳定且锁止力大的小型电磁驱动式盲文显示装置就显得尤为重要。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种重量轻、锁止结构稳定且锁止力较大的电磁驱动式盲文显示装置。
技术方案：本发明装置包括上框架、探针、复位弹簧、隔磁线圈、电磁线圈、磁铁、套筒、延长柱、封盖和柱头螺丝，所述上框架位于最外侧，探针位于装置顶端中间，复位弹簧位于探针上方，套筒位于封盖上方，隔磁线圈和电磁线圈位于套筒外侧，磁铁和延长柱位于套筒内侧，所述延长柱位于探针下方，并与磁铁连接，随磁铁在套筒内部左右移动；显示盲文时，向电磁线圈通入顺时针电流，电流产生正向磁场，电磁线圈与磁铁间产生排斥力，磁铁在排斥力的驱动下带动延长柱进行正向的横向运动，延长柱的横向位移被转化为探针的纵向位移，使探针克服重力弹起，复位弹簧随探针的纵向运动而被压缩；复位时，向电磁线圈通入逆时针电流产生反向磁场，电磁线圈迅速吸引磁铁，磁铁带动延长柱进行反向的横向运动，使探针脱离延长柱解除对探针位置的机械锁止，探针在自身重力和复位弹簧回弹力的作用下向下纵向移动，最终，探针下降到与延长柱接触的位置，完成复位。
进一步地，所述上框架包括套筒凹槽、柱头螺丝孔、导线凹槽、探针凹槽、侧导线凹槽、盲文点孔、探针限位凹槽和锁止凹槽，所述套筒凹槽均匀分布于上框架内侧，柱头螺丝孔分布于上框架四角，导线凹槽位于两个套筒凹槽中间，探针凹槽位于上框架下半部分，与套筒凹槽相通，分布于上框架内侧，侧导线凹槽位于上框架侧面，与套筒凹槽相通，盲文点孔位于上框架上半部分，以三行两列的形式排列，探针限位凹槽位于上框架上半部分，与盲文点孔相通，锁止凹槽位于上框架下半部分。
进一步地，所述探针包括盲文点、探针平台、探针斜面和探针平面，盲文点位于探针最上方，形状为半球面，探针平台位于探针中部，放置在探针限位凹槽内部，可随探针上下移动，探针斜面位于探针下部，与延长柱斜面相配合，探针平面位于探针最底端。
进一步地，所述套筒包括支撑台和延长柱运动凹槽，支撑台位于套筒的一侧，延长柱运动凹槽位于套筒内侧。
进一步地，所述延长柱包括延长柱斜面、延长柱下平台和延长柱上平台，延长柱斜面位于延长柱中部，与探针斜面相配合，延长柱下平台位于延长柱的一侧，可运动至锁止凹槽内部，延长柱上平台位于延长柱顶端，与探针平面相配合。
进一步地，所述探针上弹过程中，依靠斜面结构将磁铁的横向运动转换为盲文点纵向运动，横向行程结束后，盲文点达到最高位；探针平面处于延长柱上平台上，延长柱下平台运动至锁止凹槽内部，对探针的位置进行机械锁止。
进一步地，所述上框架、探针、套筒、延长柱和封盖均采用3D打印制成。
进一步地，所述封盖和柱头螺丝位于盲文显示装置底端，封盖与上框架连接，通过柱头螺丝固定。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下显著优点：
1、依靠斜面结构将磁铁的横向运动转换为探针的纵向运动，横向行程结束后，盲文点达到最高位，此时延长柱上平台为探针平面提供了一个固定盲文点位置的横梁结构，使其机械锁止，相比于通过耗能方式进行的锁止，机械锁止无需额外提供锁止力，避免了额外的能耗且位置固定牢靠；
2、采用主动驱动和被动驱动相结合的方式进行盲文再现，可通过电磁线圈和磁铁的组合快速驱动盲文点上弹，以及在复位弹簧的回弹力和探针自身重力的作用下使盲文点快速下降和复位，具有较高的盲文刷新能力；
3、通过延长柱斜面与探针斜面相配合，延长柱的横向位移被转化为探针的纵向位移，使盲文点克服重力并弹起，设计精巧且结构稳定性强；
4、锁止力大、能耗低、重量轻，符合盲人阅读习惯，便于盲文显示装置的推广。
附图说明
图1为本发明的剖视图；
图2为本发明的侧视图；
图3为盲文点工作结构示意图；
图4为上框架剖视图；
图5为上框架侧视图；
图6为探针三维结构示意图；
图7为套筒三维结构示意图；
图8为延长柱三维结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1所示，本发明包括上框架1、探针2、复位弹簧3、隔磁线圈4、电磁线圈5、磁铁6、套筒7、延长柱8、封盖9和柱头螺丝10，上框架1、探针2、套筒7、延长柱8和封盖9均采用3D打印制成，复位弹簧3位于探针平台202上方，隔磁线圈4由直径为0.1mm的漆包铜导线缠绕而成，厚度为2mm，位于套筒7外侧，用来隔离磁铁6与磁铁6之间的磁场作用。电磁线圈5由直径为0.15mm的漆包铜导线缠绕而成，厚度为2mm，位于套筒7外侧，通电后产生磁场，磁铁6由钕铁硼材料制成，直径为2mm，位于套筒7内侧，延长柱8位于探针2下方，其一端与磁铁6固定连接，可随磁铁6在套筒7内部左右移动。
如图2所示，本发明包括上框架1、盲文点201、封盖9、侧导线凹槽105和柱头螺丝10，上框架1内集成各部分零件，用来实现盲文再现功能，所述封盖9和柱头螺丝10位于盲文显示装置底端，封盖9与上框架1连接，通过柱头螺丝10固定。
如图3所示，盲文点工作结构包括探针2、复位弹簧3、隔磁线圈4、电磁线圈5、磁铁6、延长柱8、盲文点201、探针平台202、探针斜面203和延长柱斜面801，盲文显示装置采用主动驱动和被动驱动相结合的方式进行盲文再现，可通过电磁线圈5和磁铁6的组合快速驱动盲文点201上弹，以及在复位弹簧3回弹力和探针2自身重力的作用下使盲文点201快速下降和复位，因而具有较高的盲文刷新能力。
如图4所示，上框架1位于盲文显示装置最外侧，内部包含有六个套筒凹槽101、四个柱头螺丝孔102、四个导线凹槽103、六个探针凹槽104、两个侧导线凹槽105、六个盲文点孔106、六个探针限位凹槽107和六个锁止凹槽108；
套筒凹槽101位于上框架1下半部分，以六边形形态均匀分布于上框架1内侧，用于放置套筒7、电磁线圈5和隔磁线圈4，柱头螺丝孔102分别分布在上框架1四个角上，用来安装柱头螺丝10，导线凹槽103位于两个套筒凹槽101中间，用来引出单个电磁线圈5的漆包铜导线，探针凹槽104位于上框架1下半部分，与套筒凹槽101相通，以六边形形态均匀分布于上框架1内侧，侧导线凹槽105位于上框架1侧面，与套筒凹槽101相通，一个侧导线凹槽105可以引出三个电磁线圈5的漆包铜导线。
如图5所示，盲文点孔106位于上框架1上半部分，以三行两列的形式排列，按照中国盲文国家标准(GB/T 15720-2008)中盲符的尺寸参数将点距设置为2.5mm，符合盲人阅读习惯，探针限位凹槽107位于上框架1上半部分，与盲文点孔106相通，用来限制探针2上下运动的路径，锁止凹槽108位于上框架1下半部分，当延长柱8推动探针2上弹时，延长柱下平台802运动到锁止凹槽108内，用于为手指向下按压探针2提供锁止力，确保可靠的机械锁止。
如图6所示，探针2位于盲文显示装置顶端中间，包括盲文点201、探针平台202、探针斜面203和探针平面204，盲文点201位于探针2最上方，形状为半球面，按照中国盲文国家标准(GB/T 15720-2008)中盲符的尺寸参数将盲文点201的直径设置为1.5mm，探针平台202位于探针2中部，放置在探针限位凹槽107内部，可随探针2上下移动，探针斜面203位于探针2下部，与延长柱斜面801相配合，探针平面204位于探针2最底端。
如图7所示，套筒7包括支撑台701和延长柱运动凹槽702，位于封盖9上方，用作盲文点执行器框架，外侧有隔磁线圈4和电磁线圈5，内侧有磁铁6和延长柱8，支撑台701位于套筒7的一侧，为手指向下按压探针2提供支撑力，延长柱运动凹槽702位于套筒7内侧，用作延长柱8的运动空间。
如图8所示，延长柱8位于套筒7内侧，与磁铁6相连接，包括延长柱斜面801、延长柱下平台802和延长柱上平台803，延长柱斜面801位于延长柱8中部，与探针斜面203相配合，用于将延长柱的横向运动转换为探针2的纵向运动，延长柱下平台802位于延长柱8的一侧，可运动至锁止凹槽108内部，延长柱上平台803位于延长柱8顶端，与探针平面204相配合，用于为探针2的位置锁止提供支撑力。
盲文显示装置显示盲文时，向电磁线圈5通入顺时针电流产生磁场，电磁线圈5基于电磁感应原理与磁铁6之间产生排斥力，磁铁6在排斥力的驱动下带动延长柱8进行正向的横向运动，通过延长柱斜面801与探针斜面203的配合，延长柱8的横向位移被转化为探针2的纵向位移，使探针2克服重力并弹起，此时复位弹簧3随探针2的纵向运动而被压缩；
盲文显示装置中探针2上弹过程中，依靠斜面结构将磁铁6的横向运动转换为盲文点201纵向运动，横向行程结束后，盲文点201达到最高位，此时，探针平面204处于延长柱上平台803上，延长柱下平台802运动至锁止凹槽108内部，形成一种横梁结构，对探针2的位置进行机械锁止；
盲文显示装置中已凸起的盲文点201复位时，向电磁线圈5通入逆时针电流产生反向磁场，电磁线圈5基于电磁感应原理迅速吸引磁铁6，磁铁6带动延长柱8进行反向的横向运动，探针平面204脱离延长柱上平台803，解除对探针2位置的机械锁止，探针2在自身重力和复位弹簧3回弹力的作用下向下纵向移动，最终，探针平面204下降到与延长柱下平台802接触的位置，盲文点201完成复位。

Claims (8)

1.一种电磁驱动式盲文显示装置，其特征在于：包括上框架(1)、探针(2)、复位弹簧(3)、隔磁线圈(4)、电磁线圈(5)、磁铁(6)、套筒(7)、延长柱(8)、封盖(9)和柱头螺丝(10)，所述上框架(1)位于最外侧，探针(2)位于装置顶端中间，复位弹簧(3)位于探针(2)上方，套筒(7)位于封盖(9)上方，隔磁线圈(4)和电磁线圈(5)位于套筒(7)外侧，磁铁(6)和延长柱(8)位于套筒(7)内侧，所述延长柱(8)位于探针(2)下方，并与磁铁(6)连接，随磁铁(6)在套筒(7)内部左右移动；显示盲文时，向电磁线圈(5)通入顺时针电流，电流产生正向磁场，电磁线圈(5)与磁铁(6)间产生排斥力，磁铁(6)在排斥力的驱动下带动延长柱(8)进行正向的横向运动，延长柱(8)的横向位移被转化为探针(2)的纵向位移，使探针(2)克服重力弹起，复位弹簧(3)随探针(2)的纵向运动而被压缩；复位时，向电磁线圈(5)通入逆时针电流产生反向磁场，电磁线圈(5)迅速吸引磁铁(6)，磁铁(6)带动延长柱(8)进行反向的横向运动，使探针(2)脱离延长柱(8)解除对探针(2)位置的机械锁止，探针(2)在自身重力和复位弹簧(3)回弹力的作用下向下纵向移动，最终，探针(2)下降到与延长柱(8)接触的位置，完成复位。
2.根据权利要求1所述的电磁驱动式盲文显示装置，其特征在于：所述上框架(1)包括套筒凹槽(101)、柱头螺丝孔(102)、导线凹槽(103)、探针凹槽(104)、侧导线凹槽(105)、盲文点孔(106)、探针限位凹槽(107)和锁止凹槽(108)，所述套筒凹槽(101)均匀分布于上框架(1)内侧，柱头螺丝孔(102)分布于上框架(1)四角，导线凹槽(103)位于两个套筒凹槽(101)中间，探针凹槽(104)位于上框架(1)下半部分，与套筒凹槽(101)相通，分布于上框架(1)内侧，侧导线凹槽(105)位于上框架(1)侧面，与套筒凹槽(101)相通，盲文点孔(106)位于上框架(1)上半部分，以三行两列的形式排列，探针限位凹槽(107)位于上框架(1)上半部分，与盲文点孔(106)相通，锁止凹槽(108)位于上框架(1)下半部分。
3.根据权利要求1所述的电磁驱动式盲文显示装置，其特征在于：所述探针(2)包括盲文点(201)、探针平台(202)、探针斜面(203)和探针平面(204)，盲文点(201)位于探针(2)最上方，形状为半球面，探针平台(202)位于探针(2)中部，放置在探针限位凹槽(107)内部，可随探针(2)上下移动，探针斜面(203)位于探针(2)下部，与延长柱斜面(801)相配合，探针平面(204)位于探针(2)最底端。
4.根据权利要求1所述的电磁驱动式盲文显示装置，其特征在于：所述套筒(7)包括支撑台(701)和延长柱运动凹槽(702)，支撑台(701)位于套筒(7)的一侧，延长柱运动凹槽(702)位于套筒(7)内侧。
5.根据权利要求1所述的电磁驱动式盲文显示装置，其特征在于：所述延长柱(8)包括延长柱斜面(801)、延长柱下平台(802)和延长柱上平台(803)，延长柱斜面(801)位于延长柱(8)中部，与探针斜面(203)相配合，延长柱下平台(802)位于延长柱(8)的一侧，可运动至锁止凹槽(108)内部，延长柱上平台(803)位于延长柱(8)顶端，与探针平面(204)相配合。
6.根据权利要求1所述的电磁驱动式盲文显示装置，其特征在于：所述探针(2)上弹过程中，依靠斜面结构将磁铁(6)的横向运动转换为盲文点(201)纵向运动，横向行程结束后，盲文点(201)达到最高位；探针平面(204)处于延长柱上平台(803)上，延长柱下平台(802)运动至锁止凹槽(108)内部，对探针(2)的位置进行机械锁止。
7.根据权利要求1所述的电磁驱动式盲文显示装置，其特征在于：所述上框架(1)、探针(2)、套筒(7)、延长柱(8)和封盖(9)均采用3D打印制成。
8.根据权利要求1所述的电磁驱动式盲文显示装置，其特征在于：所述封盖(9)和柱头螺丝(10)位于盲文显示装置底端，封盖(9)与上框架(1)连接，通过柱头螺丝(10)固定。
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裴红星;华怡帆;: "基于三针驱动器的盲文学习机" *

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