触针自锁的触觉显示装置的制作方法

本发明涉及线性运动的电磁驱动装置，尤其是涉及一种触针自锁的触觉显示装置。

技术背景

目前全球盲人数量达到2.85亿人，而中国是世界上盲人最多的国家。由于视力受损，盲人只能够靠触觉和听觉获取外部信息，而传统方法把纸张制作触觉图像或盲文点字，供盲人触摸认知图像或文字。

与传统的纸质材料相对比，盲人更需要的是一台能够实时刷新、将视觉的像素替换成触点的触觉显示装置，从而快速地获取图像信息。通过实时刷新的触觉显示装置，盲人可以用触觉认知装置中的图像或文字，以一种很自然的交互方式理解触觉图像或文字。

虽然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，现有技术缺少了一种成本低、体验感强、携带方便且响应速度快，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人触觉认知装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种触针自锁的触觉显示装置，能够触摸针体的上下运动和自动锁紧功能。可以自由组合成盲文触觉显示设备或图形触觉显示设备，供盲人触觉认知盲文和图形，可实现触摸针体的实时刷新，在很大程度上也降低了功耗。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明主要由多个触摸单针构件构成，触摸单针构件包括从上到下依次设置安装的触摸针体、旋转套筒、承座垫板和u型电磁铁；触摸针体上部套装顶端套筒中，顶端套筒内对称的两侧内壁设有沿竖直轴向的导轨槽，触摸针体上部对称的两侧外壁上固定连接有水平销，水平销嵌入导轨槽中，使得触摸针体被限位沿竖直轴向上下移动；触摸针体下部设有外螺纹，旋转套筒内孔设有内螺纹，触摸针体下部通过自锁螺纹套装在旋转套筒上部内形成丝杠转动副，旋转套筒下部开有水平通孔，永磁铁棒水平穿设地装在水平通孔；旋转套筒下端中心连接有短轴，承座垫板上端中心开有中心孔，短轴插入到中心孔中使得旋转套筒和承座垫板构成转动副联接；u型电磁铁主要由左电磁极壁和右电磁极壁以及连接在左电磁极壁和右电磁极壁底部之间的中间磁块构成，承座垫板放置在u型电磁铁的左电磁极壁和右电磁极壁之间并位于中间磁块上。

所述永磁铁棒位于左电磁极壁和右电磁极壁之间，且永磁铁棒水平两端的磁极极性相反，左电磁极壁和右电磁极壁的磁极极性相反。

u型电磁铁通电工作后通过左电磁极壁和右电磁极壁对永磁铁棒两端的磁性吸力带动旋转套筒旋转，进而通过丝杠转动副带动触摸针体沿竖直轴向上下移动。

通过反转u型电磁铁通电电流方向来反转左电磁极壁和右电磁极壁的磁极极性，进而反转永磁铁棒两端磁性吸力的方向，进而反转旋转套筒旋转方向，最终通过丝杠转动副使得触摸针体沿竖直轴向上下移动的方向反转。

所述永久磁棒伸出水平通孔两端的长度相同。

所述的永久磁棒和水平通孔过渡配合。

所述的短轴和中心孔间隙配合。

所述的承座垫板底部与u型电磁铁的中间磁块之间留有用于缠绕电磁线圈的空间，电磁线圈绕在u型电磁铁底部的中间磁块上。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明采用螺纹自动锁紧结构，稳定性好，可靠性高，能够大大降低功耗，减少电磁发热；

2、本发明能够自由组合排列成盲文触觉显示设备或图形触觉显示设备，供盲人触觉认知盲文和图形，且具有快速刷新的特点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明工作位和非工作位的正视图。

图3是本发明工作位和非工作位的俯视图。

图4是本发明触摸针体头螺纹自锁的原理图。

图中：1、触摸针体，2、旋转套筒，3、永磁铁棒，4、承座垫板，5、电磁铁，6、水平销，7、自锁螺纹，8、短轴，9、中心孔，10、左电磁极壁，11、右电磁极壁，12、电磁线圈，13、水平通孔，14、顶端套筒，15、导轨槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明具体实施包括多个触摸单针构件，每个触摸单针构件从上到下依次设置安装的触摸针体1、旋转套筒2、承座垫板4和u型电磁铁5。

如图1所示，触摸针体1上部套装顶端套筒14中，顶端套筒14内对称的两侧内壁设有沿竖直轴向的导轨槽15，触摸针体1上部对称的两侧外壁上固定连接有水平销6，水平销6嵌入导轨槽15中，使得触摸针体1被限位沿竖直轴向上下移动；触摸针体1下部设有外螺纹，旋转套筒2内孔设有内螺纹，触摸针体1下部通过自锁螺纹7套装在旋转套筒2上部内形成丝杠转动副，旋转套筒2下部开有水平通孔13，永磁铁棒3水平穿设地装在水平通孔13；旋转套筒2下端中心连接有短轴8，承座垫板4上端中心开有中心孔9，短轴8插入到中心孔9中使得旋转套筒2和承座垫板4构成转动副联接；u型电磁铁5主要由左电磁极壁10和右电磁极壁11以及连接在左电磁极壁10和右电磁极壁11底部之间的中间磁块构成，承座垫板4放置在u型电磁铁5的左电磁极壁10和右电磁极壁11之间并位于中间磁块上。

永磁铁棒3位于左电磁极壁10和右电磁极壁11之间，且永磁铁棒3水平两端的磁极极性相反，左电磁极壁10和右电磁极壁11的磁极极性相反。

永久磁棒3和水平通孔13过渡配合，即永久磁棒3的直径微大于水平通孔13的直径，以保证永久磁棒3不会在旋转套筒2下面的水平通孔13中发生偏移移动。

短轴8和中心孔9间隙配合，即承座垫板4的中心孔9内径微大于旋转套筒2的短轴8直径，以保证旋转套筒2能够在承座垫板4上自由的转动。

承座垫板4底部与u型电磁铁5的中间磁块之间留有用于缠绕电磁线圈12的空间，电磁线圈12绕在u型电磁铁5底部的中间磁块上。

如图4所示，本发明触摸单针构件的螺纹自锁原理是：

当触摸针体沿螺纹面下滑时，轴向载荷fq为驱动触摸针体下滑的作用力，f为阻碍触摸针体下滑的作用力，摩擦力ff的方向与触摸针体的运动方向相反。由fr、f和fq组成的力多边形封闭图可得：

f＝fqtan(λ-ρ)

其中，λ表示螺纹升角，ρ表示摩擦角；

此时，旋转套筒的内螺纹转一周时，输入功为w1＝fqs，s表示螺纹导程，输出功为w2＝fπd2，则螺旋副的效率为：

式中，d2表示螺纹中径，η为螺旋副的效率，λ为螺旋副的斜率，ρ为螺旋副的摩擦系数。当λ≤ρ时，即η≤0，说明无论fq力多大，触摸针体都不能运动，可以实现触摸针体的自锁。

本发明的工作原理如下：

如图2和图3所示，左边的表示非工作位，右边的表示工作位，当给电磁铁5通正向电流时，此时触摸针体1处于非工作位。当给电磁铁5通反向电流时，旋转套筒2在电磁力的作用下发生旋转，从而使得触摸针体1向上运动，处于工作位。

触摸针体上升到工作位(图2和图3的右侧)的过程：通过给电磁线圈12通正向电流，使得u型电磁铁5的左电磁极壁11形成s极，右电磁极壁10形成n极，分别与永磁铁棒3的s极和n极相吸，推动旋转套筒2正向转动，经自锁螺纹7推动触摸针体1向上运动。断电之后，触摸针体1由于自锁螺纹7的自锁，不会自由向下运动，保持在工作位。

触摸针体下降到非工作位(图2和图3的左侧)的过程：通过给电磁线圈12通反向电流，使得u型电磁铁5的左电磁极壁11形成n极，右电磁极壁10形成s极，分别与永磁铁棒3的s极和n极相斥，推动旋转套筒2反向转动，经自锁螺纹7推动触摸针体1向下运动。

由此可见，本发明能实现触摸针体的凸起和自锁，可用于盲文或图形的触觉显示，具有其突出显著的技术效果。