一种自锁型皮带固定式盲文点阵成型装置的制作方法

本实用新型涉及一种盲文显示结构，尤其是一种运用于盲人书籍等难以反复刷新点阵的工具的自锁型皮带固定式盲文点阵成型装置，属于机械工程领域。

背景技术：

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。人类在失去视觉后，高达70％的信息接收渠道将会丧失。因而，盲人是最困难去进行信息交流的群体。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年在巴黎发明的，目前路易·布莱恩发明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。

目前，世界范围内已经有各种为盲人所服务的盲文显示装置，但这些实用新型都有各自的局限性。例如压电陶瓷式盲文显示装置形变小且价值昂贵；记忆合金式盲文显示装置刷新速度慢且机械强度低；电磁式盲文显示装置体积无法压缩，难以携带；电刺激式盲文显示装置会引起使用者产生不适感；温度控制式盲文显示装置识别率不高；气动式盲文显示装置难以实现精准控制。

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，提出了一种自锁型皮带固定式盲文点阵成型装置，可以解决盲人阅读困难的问题，原理简单，操作便捷，可实现盲文点持续刷新的功能，提高盲人阅读的速度，降低盲人阅读的成本。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

本实用新型包括触摸单元、电磁驱动模块、皮带传动机构和机架；电磁驱动模块和皮带传动机构固定在机架上，触摸单元嵌入安装在皮带传动机构的皮带上，由皮带传动机构带动触摸单元循环运动进行盲文点阵成型。

所述的机架包括侧板和支撑架，侧板竖直固定在支撑架后部；所述的皮带传动机构包括电机、齿轮轴、齿轮、齿条和皮带，皮带内圈表面设有闭环的齿条，电机固定在机架上，电机输出轴和齿轮轴同轴固定连接，齿轮轴上固定套装齿轮，齿轮和齿条啮合形成齿轮齿条副，电机运行带动齿轮，进而通过齿轮齿条副带动齿条与其连接的皮带作皮带运动；皮带的闭环内圈四角均设有一个转轴组件，转轴组件包括转子、转子轴、轴承和垫板，转子轴的两端均通过轴承套装于垫板，垫板固定在机架上，转子轴的两端上同轴固定套装有转子，转子轴两端的转子分别连接在皮带两侧设置的环形台阶，使得转轴组件支撑皮带四个角。

所述的皮带外圈表面构成一个闭环的矩形包覆面，矩形包覆面上携带设有多组触摸单元。

所述的齿条为闭环柔性齿条。

所述的电磁驱动模块位于皮带下部部分的上方，并固定在机架上；电磁驱动模块包括复位电磁驱动组、定位电磁驱动组和电磁线圈，复位电磁驱动组和定位电磁驱动组中的电磁线圈和所述触摸单元中的永磁铁磁性配合，一个复位电磁驱动组和一个定位电磁驱动组对应一组包含八个触摸子单元的触摸单元。

所述的触摸单元由八个触摸子单元构成，每个触摸子单元包括触摸单元主体、卡槽套筒、推杆套筒、弹簧和永磁铁；弹簧套装在触摸单元主体上部开设的环形凹槽中，触摸单元主体下部设有阶梯轴结构，阶梯轴结构的大端设有沿周面间隔均布的上条形推杆，上条形推杆的下端形成楔形端部，阶梯轴结构的小端套装在推杆套筒中，永磁铁固定在推杆套筒下端面；触摸单元主体、推杆套筒相套装后均套装于卡槽套筒中，卡槽套筒嵌入安装在皮带内壁，卡槽套筒内壁开有条形卡槽，相邻条形卡槽之间的条形件上端开有楔形端部，触摸单元主体下端台阶面开设锯齿结构，锯齿结构和楔形端部配合连接；推杆套筒顶部外壁设有沿周面间隔均布的下条形推杆，下条形推杆嵌装在条形卡槽中。

所述的触摸单元主体在自身轴向方向有轴向移动和周向旋转两个自由度，推杆套筒在自身轴向方向有轴向移动的一个自由度。

一个复位电磁驱动组和一个定位电磁驱动组均有八个电磁线圈排布构成，一个所述触摸单元有八个触摸子单元，八个电磁线圈排布结构和触摸单元的八个触摸子单元的排布结构相同。

本实用新型提供的装置其有益效果是：

本实用新型由电磁线圈控制，驱动部分响应速度快，显示模块刷新速率高，功耗低。

本实用新型由齿轮齿条作为传动机构，定位准确，稳定性高，可靠性强。

本实用新型触摸单元自身具有棘轮自锁结构，可反复切换退回和锁定状态，且定位后可维持自锁状态，大大节约功耗。

本实用新型皮带为闭环包覆结构，可以持续不断循环刷新点阵信息，可实现盲文点持续刷新的功能，解决了盲人阅读困难的问题，提高了盲人的成本和阅读速度。

本实用新型装置通过两组电磁线圈驱动控制多组点阵组合显示，通过一个电机带动皮带运动，体积小、重量轻，可以大大降低功耗，节约资源。

本实用新型整体外观设计对称，形态美观，结构简单，零件装配及拆卸方便安全，采用四个支撑架，八个转子，稳定性高，固定效果好。

附图说明

图1为本实用新型的外形示意图；

图2为本实用新型的皮带传动机构示意图；

图3为本实用新型的机架结构示意图；

图4为本实用新型的总体结构爆炸图；

图5为本实用新型的局部结构示意图；

图6为本实用新型的局部剖面示意图；

图7为本实用新型的触摸单元结构示意图；

图8为本实用新型的卡槽套筒内部结构图；

图9为本实用新型的触摸单元结构剖视图；

图10为图9的局部放大图；

图11为锯齿结构和楔形端面的锁定工作状态图；

图12为锯齿结构和楔形端面的复位工作状态图。

图中：皮带1、齿条2、转子轴3、转子4、轴承5、垫板6、电磁驱动模块7、侧板8、电机9、支撑架10、齿轮11、齿轮轴12、触摸单元13、触摸单元主体14、弹簧15、卡槽套筒16、推杆套筒17、永磁铁18、回位电磁驱动组19、定位电磁驱动组20、电磁线圈21、皮带传动机构22、机架23。

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1所示，本实用新型具体实施包括触摸单元13、电磁驱动模块7、皮带传动机构22和机架23；电磁驱动模块7和皮带传动机构22固定在机架23上，触摸单元13嵌入安装在皮带传动机构22的皮带1上，由皮带传动机构22带动触摸单元13循环运动进行盲文点阵成型。

如图1所示，机架23包括侧板8和支撑架10，侧板8竖直固定在支撑架10后部；具体实施的支撑架10包括四根支撑柱，四根支撑柱以两根为一组，两组分别布置在皮带传动机构22的前后侧。

如图2和图3所示，皮带传动机构22包括电机9、齿轮轴12、齿轮11、齿条2和皮带1，皮带1内圈表面设有闭环的齿条2，齿条2沿皮带1同样环形布置，电机9固定在机架23的侧板8上，电机9输出轴和齿轮轴12同轴固定连接，齿轮轴12上固定套装齿轮11，齿轮11和齿条2啮合形成齿轮齿条副，电机9运行带动齿轮11，进而通过齿轮齿条副带动齿条2与其连接的皮带1作皮带运动，实现了由齿轮11齿条2机构作为配合动力带动皮带1进行周期运动。皮带1的闭环内圈四角均设有一个转轴组件，转轴组件包括转子4、转子轴3、轴承5和垫板6，转子轴3的两端均通过轴承5套装于垫板6，垫板6固定在机架23的支撑架10上，转子轴3的两端上同轴固定套装有转子4，转子轴3两端的转子4分别连接在皮带1两侧设置的环形台阶，使得转轴组件支撑皮带1四个角。

皮带1外圈表面构成一个闭环的矩形包覆面，矩形包覆面上携带设有多组触摸单元13。

齿条2为闭环柔性齿条，齿条2沿皮带1同样环形布置在皮带1内圈表面。

如图1和图4所示，电磁驱动模块7位于皮带1下部部分的上方，并固定在机架23的侧板8上；电磁驱动模块7包括复位电磁驱动组19、定位电磁驱动组20和电磁线圈21，复位电磁驱动组19和定位电磁驱动组20均采用电磁线圈结构，复位电磁驱动组19和定位电磁驱动组20中的电磁线圈21和触摸单元13中的永磁铁18磁性配合，一个复位电磁驱动组19和一个定位电磁驱动组20对应一组包含八个触摸子单元的触摸单元13；

如图5和图6所示，一个复位电磁驱动组19和一个定位电磁驱动组20均有八个电磁线圈21排布构成，八个电磁线圈21排布结构和触摸单元13的八个触摸子单元的排布结构相同。

如图5和图6所示，复位电磁驱动组19和定位电磁驱动组20通电后，定位电磁驱动组20的电磁线圈21工作，排斥永磁铁18朝向远离电磁驱动模块7方向运动，永磁铁18按压一下触摸单元主体14，使得触摸单元主体14向外突出于皮带1表面，复位电磁驱动组19的电磁线圈21工作，排斥永磁铁18朝向远离电磁驱动模块7方向运动，，永磁铁18按压一下触摸单元主体14，使得触摸单元主体14向外突出后回缩内皮带1表面内。

如图7～图12所示，触摸单元13由八个触摸子单元构成，每个触摸子单元包括触摸单元主体14、卡槽套筒16、推杆套筒17、弹簧15和永磁铁18；弹簧15套装在触摸单元主体14上部开设的环形凹槽中，触摸单元主体14下部设有阶梯轴结构，阶梯轴结构的大端设有沿周面间隔均布的上条形推杆，上条形推杆的下端形成楔形端部，阶梯轴结构的小端套装在推杆套筒17中，永磁铁18固定在推杆套筒17下端面；触摸单元主体14、推杆套筒17相套装后均套装于卡槽套筒16中，卡槽套筒16嵌入安装在皮带1内壁，触摸单元主体14、推杆套筒17和卡槽套筒16同轴心配合，如图8所示，卡槽套筒16内壁开有条形卡槽，相邻条形卡槽之间的条形件上端开有楔形端部，触摸单元主体14下端台阶面开设锯齿结构，锯齿结构和楔形端部配合连接；推杆套筒17顶部外壁设有沿周面间隔均布的下条形推杆，下条形推杆嵌装在条形卡槽中。

触摸单元13内部的结构相似于弹性圆珠笔中的弹性伸缩结构。

触摸单元主体14在自身轴向方向有轴向移动和周向旋转两个自由度，推杆套筒17在自身轴向方向有轴向移动的一个自由度。

一个触摸单元13有八个触摸子单元，触摸子单元顶部是圆弧型盲文点，构成盲文点阵。

根据同性相斥原理，电磁线圈通电可驱动对应位置触摸单元13的触摸单元主体14向上运动。

当一触摸单元13的盲文点阵移动至复位电磁驱动组19上方，对应电磁线圈21通电，使永磁铁18克服重力和弹簧15弹力使推杆套筒17上升，推杆套筒17推动触摸单元主体14旋转至卡槽套筒16的退回位置；

当一触摸单元13的盲文点阵移动至定位电磁驱动组20上方，对应电磁线圈21通电，使永磁铁18克服重力和弹簧15弹力使推杆套筒17上升，推杆套筒17推动触摸单元主体14旋转至卡槽套筒16的锁定位置，以此类推，完成多组点阵的复位及锁定工作。

其中，通电电线通过侧板8的槽口与电磁线圈21相连接。

具体实施中，电磁线圈21缠绕在复位电磁驱动组19和定位电磁驱动组20上，一个复位电磁驱动组19和一个定位电磁驱动组20可对应一组触摸单元13。根据同性相斥原理，电磁线圈通电可驱动对应位置触摸单元13的触摸单元主体14向上运动。当一组盲文点阵移动至复位电磁驱动组19上方，对应电磁线圈21通电，使永磁铁18克服重力和弹簧15弹力使推杆套筒17上升，推杆套筒17推动触摸单元主体14旋转至卡槽套筒16的退回位置；当一组点阵移动至定位电磁驱动组20上方，对应电磁线圈21通电，使永磁铁18克服重力和弹簧15弹力使推杆套筒17上升，推杆套筒17推动触摸单元主体14旋转至卡槽套筒16的锁定位置，以此类推，完成多组点阵的复位及锁定工作。其中，通电电线通过侧板8的槽口与电磁线圈21相连接。

具体实施如图2、图3所示，触摸单元13中卡槽套筒16胶固定于皮带1内壁对应孔位，齿条2胶固定于皮带1内壁两侧，转子4八枚对称分布于皮带1四角，四根转子轴3各自配合两个转子4，两个轴承5，轴承5与垫板6通过螺钉固定配合，垫板6与支撑架10通过螺钉固定配合，长端两支撑架10之间保证距离确保皮带1张紧。侧板8通过螺钉固定连接在单侧的长端两支撑架10之间，电磁驱动模块7通过螺钉固定在侧板8上，其中保证与电磁驱动组与触摸单元13的距离。齿轮11与齿条2机械配合，齿轮11与齿轮轴12过渡配合，齿轮轴12与电机9过渡配合，电机9通过螺钉固定在侧板8外侧。齿轮11、电机9、电磁驱动模块7都装配在整体装置下方，下方长端皮带为盲文刷新区，上方长端皮带为盲文输出区。

本实用新型的工作原理如下：

如图1、图5所示，以一组触摸单元为例说明，通过给电机9通电，使其驱动齿轮轴12旋转并带动齿轮11旋转，齿轮11旋转带动齿条2运动，齿条2与皮带1固定配合，故皮带1携带着触摸单元13作周期运动。当触摸单元13运动至电磁驱动模块7上方，首先移动至回位电磁驱动组19位置，此时回位电磁驱动组19上电磁线圈21通电，执行复位命令，使一组触摸单元13全部处于退回状态；随着皮带运动，退回状态的触摸单元来到定位电磁驱动组20上方，定位电磁驱动组20上电磁线圈21通电，执行定位命令，使特定触摸单元13处于锁定状态。往复进行相同操作，便可以实现盲文点的内容可刷新功能。

如图7～图12所示，以一个触摸单元为例说明，触摸单元13包括接触摸单元主体14、卡槽套筒16、推杆套筒17、弹簧15和永磁铁18。触摸单元主体14、卡槽套筒16和推杆套筒17同轴心，卡槽套筒16固定在皮带1内侧，推杆套筒17有Z轴方向的移动自由度，触摸单元主体14有Z轴方向的移动和旋转两个自由度。卡槽套筒具有两个卡位，分别是锁定卡位和退回卡位，当触摸单元主体14进入退回卡位时，触摸单元处于退回状态，弹簧松弛，盲文输出面表现为收缩状态。若此时电磁线圈21通电，永磁铁18受磁力影响，使永磁铁18克服重力和弹簧15弹力使推杆套筒17上升，推杆套筒17推动触摸单元主体14在弹簧的反作用力下旋转至卡槽套筒的锁定卡位，此时触摸单元处于锁定状态，弹簧压缩，盲文输出面表现为顶出状态。若再次对电磁线圈21通电，永磁铁18受磁力影响，使永磁铁18克服重力和弹簧15弹力使推杆套筒17上升，推杆套筒17推动触摸单元主体14在弹簧的反作用力下旋转至卡槽套筒的退回卡位，触摸单元则回到退回状态。以此类推，则可完成触摸单元的复位及锁定工作。

该装置原理简单，操作便捷，大大降低功耗，可实现盲文点持续刷新的功能，降低盲人阅读的成本。矩形的外观设计美观并且占用面积小，结构简单，零件装配及拆卸也方便安全。采用四个支撑架，八个转子作为定位，固定效果好。