一种永磁自锁式直线驱动型盲文触针显示结构的制作方法

本实用新型涉及了一种盲文显示结构，尤其是涉及了一种永磁自锁式直线驱动型盲文触针显示结构，其主要应用在有关盲文阅读器或盲文设备上，属于机械工程领域。

技术背景

根据世界卫生组织(WHO)在2010年的全球人口数据统计结果显示，在全世界范围内，大约有2.85亿人有视力不同程度的损伤，其中损伤较为严重的盲人数量大约有3900万。中国作为全球人口最多的国家，同时也是世界盲人数量最多的国家。因此，对于如此庞大且重要的盲人群体，社会需要给予他们关爱和支持，同时他们也迫切需要得到良好的学习环境和文化教育。

由于视力受损，盲人不能如明眼人一样来正常的学习和阅读，盲人只能依靠触觉、听觉和一些残余的视力来获取外界环境信息，而目前通过手指触摸的触觉感知，盲人可以获取文字或图像等信息，是盲人获取外部信息的主要途径。

盲人是通过触觉阅读盲文书籍的，而盲文书籍的数量也很有限，无法满足盲人对知识的需求量。而且盲文书籍的制作成本相对较高，制作周期长，对纸张的要求也很严格，不易长时间保存，种类和内容也很有限。随着社会的发展和科技的进步，为了帮助盲人能够更好的阅读和学习，需要研发一种成本低、体验感强、携带方便，响应速度快，可实现即时阅读，能够快速刷新、将视觉的像素替换成触点的盲文阅读装置。

盲文(Braille)，又称作点字、凸字，是专门为盲人设计靠触觉来阅读的一种字符。盲人通过触摸盲文凸点来阅读文字、获取知识。盲文最早是由法国盲人路易·布莱恩(Louis·Braille)在1824年在巴黎实用新型的，目前路易·布莱恩实用新型的盲文被国际公认为正式盲文，中国目前也有了盲文国家标准(GB/T15720—2008)。盲文触摸驱动单元是盲文阅读装置中重要的组成部分，国内外研究者基于不同的驱动原理研发了不同的驱动结构，主要包括压电陶瓷、电刺激、记忆合金、气动、温控、电磁以及其它新型材料等驱动方式。

虽然目前市面上已经出现了许多类似功能的触觉辅助设备，但是成本和售价过于高昂，并且功耗也非常大，另外一些小尺寸设备虽然成本得到控制，但违背了盲人一般的触摸习惯，交互方式和交互体验不佳。因此，开发一款功耗小、造价低廉、使用安全可靠的盲文点显模块对盲文阅读装置或盲文点显装置的开发和普及提供了可能性，具有重要的价值。

技术实现要素：

本实用新型针对现有盲文触点驱动机构的不足，提出了一种永磁自锁式直线驱动型盲文触针显示结构，该盲文点显模块是盲文点显装置和盲文阅读装置的重要组成部分，适合所有语种和所有形式的盲文字符生成，同时该模块不仅可以提高盲人阅读速度，也很大程度降低了功耗。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

本实用新型包括触摸板、盖板、外壳、底板和电路板；外壳连接在盖板底面和底板顶面之间形成内部中空的用于安装触摸驱动单元的空间，盖板顶面连接盖板，底板底面连接电路板；触摸驱动单元上端穿过盖板后伸出触摸板，触摸驱动单元下端穿过底板后与电路板连接。

所述的触摸驱动单元包括针帽、顶针、上永磁铁、铁芯、电磁线圈和下永磁铁；电磁线圈固定在底板上，铁芯下端固定有芯杆，芯杆插入到电磁线圈中间孔中，电磁线圈下端设有引针，引针穿过底板后与电路板连接，电磁线圈下方的底板上设有下永磁铁，下永磁铁位于铁芯芯杆的端部正下方；铁芯上方的盖板底面固定有上永磁铁，铁芯上端固定有顶针，顶针和芯杆同轴安装，顶针顶端穿过上永磁铁和盖板上的通孔后与针帽连接，针帽可活动地置于触摸板的孔腔中。在电磁线圈通电下和不通电下带动铁芯上下运动，进而带动针帽伸出触摸板的孔腔外或者容置于触摸板的孔腔内。

本实用新型在工作位且未通电下，针帽通过磁推力下克服重力伸出盖板，保持在高位，形成永磁自锁，带动盲文触针自主控制。

所述的上永磁铁和下永磁铁的两磁极沿上下方向布置，且磁极布置方向相反。

所述的电磁线圈底部嵌入在底板的凹槽内。

所述的引针穿过底板的引针孔后焊接到电路板后穿设出电路板。

所述的上永磁铁过盈配合地嵌装于盖板的凹槽内。

包括有八个触摸驱动单元，八个触摸驱动单元分布呈2*4阵列布置，形成八点盲文触控。

所述的触摸驱动单元均连接控制电路板，通过控制电路板控制电磁线圈正反电流的输入，使得铁芯产生不同的磁极，根据同性相斥，异性相吸的原理，铁芯在上永磁铁和下永磁铁的作用下，实现上下的运动。

所述触摸板上的孔间距对应每个针帽之间的距离，同时针帽的上升高度符合标准盲文字符的要求。

本实用新型具有的有益效果是：

1、本实用新型采用电磁线圈控制，驱动部分响应速度快，显示模块刷新速率高，功耗低、体积小、重量轻、稳定性好、可靠性高，能够大大降低功耗，节约资源。

2、本实用新型能够随机组合排列，从而生产出一种具有快速刷新、将视觉的像素替换成触点的盲人触觉认知装置。

附图说明

图1是本实用新型单方8点盲文显示模块外观图。

图2是本实用新型单方8点盲文显示模块内部图。

图3是本实用新型单方8点盲文显示模块侧面剖面图。

图4是本实用新型单针结构示意图。

图5是本实用新型单针驱动原理图。

图6是本实用新型盲文阅读装置示意图。

图中：触摸板10、盖板20、针帽30、顶针40、上永磁铁50、外壳60、铁芯70、电磁线圈80、下永磁铁90、底板100、电路板110、引针120。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图3、图4所示，本实用新型包括触摸板10、盖板20、针帽30、顶针40、上永磁铁50、外壳60、铁芯70、电磁线圈80、下永磁铁90、底板100、电路板110、引针120。其中，如图1所示，触摸板10、盖板20、外壳60、底板100和电路板110依次从上到下固定连接成一体，外壳60连接在盖板20底面和底板100顶面之间形成内部中空的用于安装触摸驱动单元的空间，盖板20顶面连接盖板20，底板100底面连接电路板110；外壳60内主要安装触摸驱动单元，触摸驱动单元上端穿过盖板20后伸出触摸板10，触摸驱动单元下端穿过底板100后与电路板110连接。

如图3、图4所示，触摸驱动单元包括针帽30、顶针40、上永磁铁50、铁芯70、电磁线圈80和下永磁铁90；电磁线圈80固定在外壳60内壁，铁芯70下端固定有芯杆，芯杆插入到电磁线圈80中间孔中，电磁线圈80下端设有引针120，引针120穿过底板100后与电路板110连接，电磁线圈80下方的底板100上设有下永磁铁90，下永磁铁90位于铁芯70芯杆的端部正下方；铁芯70上方的盖板20底面固定有上永磁铁50，铁芯70上端固定有顶针40，顶针40和芯杆同轴安装，顶针40顶端穿过上永磁铁50和盖板20上的通孔后与针帽30连接，针帽30可活动地置于触摸板10的孔腔中，触摸板10开有用于针帽30上下移动的孔腔。

具体实施中，下永磁铁90分别对应套入电磁线圈80的下部凹槽内，两者固连，电磁线圈80的底部分别嵌入在底板100的凹槽内，通过胶水固定，同时保证引针120穿过底板100的引针孔，便于之后电路板110的焊接，将铁芯70分别插入电磁线圈80的中间孔中，上永磁铁50过盈固定在盖板20的凹槽内，在上下永磁铁的装配过程中，要保证上下永磁铁的磁极安装正确，如图5所示。

具体实施如图2所示，一个盲文触针显示单元显示盲文字符的一个“方”，其一“方”是由四行两列共八枚触针所表示的不同高低形成的八个凹凸点排列组合在一起，每一枚触针由一个电磁线圈驱动，该模块总共有八个触摸驱动单元，八个触摸驱动单元分布呈2*4阵列布置，形成八点盲文触控。

当一“方”的驱动部分都安装好后，套上外壳60，外壳60与底板100通过胶固定连接，盖上盖板20，盖板20与外壳60通过胶来固定连接，将顶针40插入铁芯70的上部凹槽内，形成固连，针帽30通过胶固定在顶针40的上部，盖上触摸板10，模块的底部嵌入电路板110，其中保证引针120穿过电路板110上的引针孔，将引针120与电路板120进行焊接。

本实用新型的工作原理如下：

如图3、5所示，以其中一个单针驱动结构为例说明，通过给电磁线圈80通电从而使得铁芯两端产生磁场，此时上端为N极，下端为S极，根据同性相斥，异性相吸的原理，使得铁芯70上端与上永磁铁50相吸，铁芯70下端与下永磁铁90相斥，在两端磁力的作用下，铁芯向上运动，推动针帽向上运动，形成凸点，此时断开电流，针帽30也不会回到最低位，因为上永磁铁50牢牢地吸引着铁芯70使其在重力的作用下不会下落，降低了功耗；当不需要形成工作位时，再给电磁线圈通反向电流，此时上端为S极，下端为N极，在磁场的作用下，铁芯70上端与上永磁铁50相斥，铁芯70下端与下永磁铁90相吸，在两端磁力的作用下，铁芯70向下运动，使得针帽30向下运动，形成凹点，此为一个工作周期，如图3、5所示，其中图中左边表示工作位，右边表示非工作位。

通过对单针的驱动控制，形成对一“方”八点显示模块的控制，根据凸点不同可形成不同的盲文字符，最终组合成可以为盲人所能使用的永磁自锁式直线驱动型盲文触针显示模块，如图1所示。最终通过对单个模块的组合可以实现不同阅读装置的总成，这里以5×5为例，如图6所示。通过对模块的不同组合可以形成M行N列的盲文触摸阅读装置，此时共有8×M×N个触点，该装置不仅可以为盲人阅读盲文字符，而且还可以帮助盲人触摸阅读图像，很大程度上增加了盲人获取信息的方式。