触觉图形显示器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明一般涉及触觉信息设备的领域，所述触觉信息设备用于视觉障碍用户或希望访问触觉信息的其他用户。具体地，本发明涉及以触觉方式的图形信息的显示。
【背景技术】
[0002]从历史上看，已经开发系统来用于基于凸点提供阅读材料，其中盲人或视觉障碍者可使用凸点来获得信息，诸如盲文系统，其提供以凸点编码的字母和数字。因此，最初以视觉方式组成的文本，诸如使用英文字母的普通文本，被翻译到盲文系统中，以使原始英文文本可被视觉障碍者理解。传统上，通过机械装置，诸如机械杠杆或在纸上形成压痕的其他机构，在纸带或纸页上产生凸点。已经开发了诸如盲文打字机(brailIewriter)的机械设备，操作者可使用其进行压印或实际上将凸点键入于纸上。已经开发计算机系统来允许操作者将字符键入到计算机中，该字符然后被转化为盲文，并且计算机系统机械地产生盲文文本或产生印刷板或母版，其可用于打印盲文书籍或文档。
[0003]也已经开发现代系统来用于在凸点显示器上显示盲文和其他信息。该种系统使用诸如机械方法的技术，以使点(或凸起物)上升到平坦表面之上。该凸起物形成盲文消息或提供诸如图形信息的其他信息。已经为视觉障碍人士开发和设想了用于显示器的各种方法。这些传统方法包括形状记忆合金(SMA)、电流变流体、螺线管、压电方法、旋转盘、微流体阀、电活性聚合物、微型步进马达、电热致动器、电磁微谐振器、气动微型阀、低熔点金属致动器，和RC(无线电控制的)伺服马达。
【发明内容】
[0004]在一个方面中，本发明的特征为一种用于与图形设备通信的图形触觉显示器的装置，该图形设备提供用于显示表示的图形输出信号。该装置包括控制和接口模块以及显示组件。该控制和接口模块包括用于接收图形输出信号的外部接口、用于产生马达驱动信号的驱动模块，以及用于处理图形输出信号以产生马达驱动信号的控制处理器。该显示组件包括点矩阵、顶部面板、底部面板、驱动马达、导螺杆(lead screw)、销螺母和点。显示组件接收马达驱动信号。顶部面板包括顶部表面。底部面板支撑与控制和接口模块接触的驱动马达。每个驱动马达具有连接到导螺杆的驱动轴，并且每个导螺杆连接到销螺母组件。每个销螺母组件具有销螺母和点。顶部面板提供销开口，其确定点矩阵的尺寸和形状。底部面板和顶部面板被对准，以使每个销螺母组件在适当的位置处对应于相应销开口。每个销开口的尺寸被设计为能使每个相应销螺母组件绕其轴线自由运动，以用于将销螺母组件的点上升到顶部面板顶部表面之上，以基于图形输出信号生成基于点矩阵上的凸点的显示表不O
[0005]在一个实施例中，显示组件进一步包括接近传感器。当接近传感器感测到靠近点矩阵的一个或多个点的接近存在(proximate presence)时，接近传感器生成一个或多个点矩阵参与信号(dot matrix engagement signal)。控制和接口模块接收该点矩阵参与信号，并生成触觉输入信号。
[0006]在另一个实施例中，图形设备接收触觉输入信号，并响应于该触觉输入信号。图形设备响应于触觉输入信号，生成对由点矩阵呈现的图形图像的改变，并将该改变传送到点矩阵。
[0007]在一个实施例中，控制和接口模块产生马达驱动信号，其能够将每个销螺母组件上升到高于顶部面板的顶部表面的变化的高度水平。
[0008]在另一个实施例中，控制和接口模块产生马达驱动信号，其能够提供每个销螺母组件的脉动。
[0009]在另一个方面中，本发明的特征为一种用于与图形设备通信的图形触觉显示器的装置，该图形设备提供用于显示表示的图形输出信号。该装置包括控制和接口模块以及凸轮和齿轮组件。控制和接口模块包括用于接收图形输出信号的外部接口、用于产生马达驱动信号的驱动模块，以及用于处理图形输出信号以产生马达驱动信号的控制处理器。凸轮和齿轮组件包括点矩阵、蜗轮、蜗轮马达、凸轮杆、凸轮杆马达、销齿轮、离合器机构、导螺杆，和销螺母组件。点矩阵包括多个点。每个销螺母组件包括销螺母和点，并连接到导螺杆之一。每个导螺杆连接到销齿轮之一。每个凸轮杆连接到多个凸轮，其适用于对应于该点矩阵的一个列的一列销螺母组件。每个凸轮杆由凸轮马达之一驱动，以为每个凸轮杆提供绕其轴线的旋转运动。每个蜗轮由蜗轮马达之一驱动，以为每个蜗轮提供绕其轴线的旋转运动。这些蜗轮对应于点矩阵的行。控制和接口模块将基于图形输出信号之一的马达驱动信号提供到凸轮杆中的相应一个，并同时提供给蜗轮中的相应一个，其中所述图形输出信号指示点矩阵上的特定行-列位置。控制和接口模块确定马达驱动信号对应于点矩阵的所指示的行-列位置，与相对于所指示的行-列位置的离合器机构之一进行啮合，以通过相应的销齿轮将旋转力传递到相应导螺杆，以便升高在所指示的行-列位置处的相应的销螺母组件，从而在所指示的行-列位置处产生凸点。控制和接口模块为进一步指示的行-列位置提供进一步的马达驱动信号，以用于升高在进一步指示的行-列位置处的凸点，以基于图形输出信号生成基于点矩阵上的凸点的显示表示。
[0010]在一个实施例中，显示组件进一步包括接近传感器。接近传感器响应于靠近点矩阵的一个或多个点的接近存在，生成一个或多个点矩阵参与信号。控制和接口模块接收点矩阵参与信号，并生成触觉输入信号。
[0011]在另一个实施例中，图形设备接收触觉输入信号，并响应于触觉输入信号。图形设备响应于触觉输入信号，生成对由点矩阵呈现的图形图像的改变，并将这些改变传送到点矩阵。
[0012]在一个实施例中，控制和接口模块产生马达驱动信号，其能够将每个销螺母组件上升到高于顶部面板的顶部表面的变化的高度水平。
[0013]在另一个实施例中，控制和接口模块产生马达驱动信号，其能够提供每个销螺母组件的脉动。
[0014]在另一个方面中，用于图形触觉显示器的装置与图形设备进行通信，该图形设备提供用于显示表示的图形输出信号。图形触觉显示器包括用于存储指令集的存储器，以及用于运行该指令集的微处理器。微处理器与存储器和显示组件进行通信。显示组件包括点矩阵、底部面板、导螺杆、销螺母组件、顶部面板以及用于旋转每个导螺杆的装置。每个销螺母组件包括销螺母和点，并连接到相应的销螺母组件。指令集对微处理器编程，以从图形设备接收图形输出信号；以基于图形输出信号生成马达驱动信号，以便驱动显示组件的一个或多个驱动马达；以将马达驱动信号提供到用于旋转的装置，以将旋转运动提供到一个或多个相应的销螺母组件，从而导致一个或多个相应的销螺母组件中的每个相应销螺母组件的垂直运动，以用于将每个相应点上升到顶部面板的顶部表面之上；以基于图形输出信号生成基于点矩阵上的凸点的显示表示；以响应于靠近一个或多个点的接近存在，从与顶部面板关联的接近传感器生成点矩阵参与信号；以及基于点矩阵参与信号生成触觉输入信号，以将触觉输入信号提供到图形设备。
[0015]在一个实施例中，这些指令对微处理器编程，以响应于从图形设备接收的进一步的图形输出信号，基于触觉输入信号生成对由点矩阵呈现的显示表示的改变，且将进一步的马达驱动信号提供到用于旋转的装置。
[0016]在另一个实施例中，这些指令对微处理器编程，以产生马达驱动信号，其能够将每个销螺母组件上升到高于顶部面板的顶部表面的变化的高度水平。
[0017]在另一个实施例中，这些指令对微处理器编程，以产生马达驱动信号，其提供每个销螺母组件的脉动。
【附图说明】
[0018]可以通过参考结合附图的以下描述来更好地理解本发明的以上和进一步的优点，其中相同的数字表示各个图中的相同结构元件和特征。附图不必按比例绘制，而是重点在于说明本发明的原理。
[0019]图1A为根据本发明的原理的触觉图形系统的示意性表示。
[0020]图1B为根据本发明的原理的控制和接口模块的示意性表示。
[0021]图2为根据本发明的原理的示出显示表示的点矩阵的示意性表示。
[0022]图3A示出了根据本发明的原理的用于触觉图形系统的触觉显示器壳体的侧视图。
[0023]图3B示出了根据本发明的原理的包括顶部面板和底部面板的图3A中的触觉显示器壳体的侧视图。
[0024]图4A示出了根据本发明的原理的驱动销组件的分解侧视图。
[0025]图4B示出了根据本发明的原理的显示销螺母中的螺纹腔的图4A中的驱动销组件的分解侧视图。
[0026]图5示出了根据本发明的原理的图4A和图4B中的驱动销组件的等距视图。
[0027]图6示出了根据本发明的原理的与改进的销螺母一起使用的弹簧机构的等距视图。
[0028]图7示出了根据本发明的原理的销螺母的螺纹腔中的阴螺纹的侧视图。
[0029]图8示出了根据本发明的原理的导螺杆的阳螺纹的侧