本发明公开了一种触觉再现旋转自锁式盲文点阵显示装置。包括底板、中层板、触摸板以及单点驱动单元，底板、中层板、触摸板通过穿过各自销轴孔的销轴由上至下依次相连，触摸板、中层板、底板共同围成内部中空的用于安装单点驱动单元的空间，单点驱动单元包括触针、旋转体、永磁铁、底座、底座中心引脚和底座边缘引脚，单点驱动单元底部两个引脚分别穿过底板对应的两个引脚孔并固定在底板底面，其上部触针通过与旋转体螺纹连接将旋转运动转成直线运动，并穿过触摸板的定位孔以实现盲文点的凸起和自锁。本发明具有结构紧凑、自锁且各单点驱动单元独立控制的特点，可以实现大面积、密集的盲文点阵排列，为盲文和图形触觉显示提供硬件支持。
1.一种触觉再现旋转自锁式盲文点阵显示装置，其特征在于：包括底板(30)、中层板(20)、触摸板(10)和单点驱动单元(40)，触摸板(10)、中层板(20)、底板(30)通过穿过各自销轴孔的销轴由上至下依次相连，触摸板(10)、中层板(20)、底板(30)共同围成内部中空的用于安装单点驱动单元(40)的空间，单点驱动单元(40)上端、下端分别伸出触摸板(10)、底板(30)；
所述单点驱动单元(40)包括触针(50)、旋转体(60)、永磁体(70)和底座(80)，底座(80)固定于底板(30)上端面设有的底板凹槽(302)内，底座(80)顶面开有中心凹槽，中心凹槽的槽底中间开有装有底座中心引脚(100)的通孔，中心凹槽周围的底座(80)顶面布置有一圈环形金属片，环形金属片和中心凹槽周围的底座(80)中装有的底座边缘引脚(90)的一端连接；永磁体(70)嵌装于底座(80)的中心凹槽中，永磁体(70)下端设有的芯杆插入底座中心引脚(100)一端开有的定位孔中；底座边缘引脚(90)另一端和底座中心引脚(100)另一端均穿设底座(80)和底板(30)且连接到外部驱动电路；永磁体(70)上端设有的方凸块插入旋转体(60)下端开有的旋转体底部方槽(603)，旋转体(60)上端面设有螺纹轴(601)，触针(50)下部设有的空腔中套装有螺纹轴(601)且与螺纹轴(601)通过螺纹相连，触针(50)上端的触针圆轴(501)活动置于触摸板(10)的方槽中。
2.根据权利要求1所述的一种触觉再现旋转自锁式盲文点阵显示装置，其特征在于：包括有八个单点驱动单元(40)，八个单点驱动单元(40)呈2*4阵列分布，形成八点盲文触控。
3.根据权利要求2所述的一种触觉再现旋转自锁式盲文点阵显示装置，其特征在于：所述触摸板中间开有与八个单点驱动单元(40)的触针(50)相配合安装的安装通孔，安装通孔主要由方槽(105)和位于方槽(105)上端面的定位孔对接组成；所述触针(50)主要由触针主体(503)和位于触针主体(503)上端面的触针圆轴(501)连接组成；触针圆轴(501)与触摸板的定位孔间隙配合安装，触针主体(503)与方槽(105)间隙配合安装限制触针(70)的周向旋转运动。
4.根据权利要求2所述的一种触觉再现旋转自锁式盲文点阵显示装置，其特征在于：所述底板(30)凹槽底面设有与八个单点驱动单元(40)相对应的边缘引脚孔(305)和中心引脚孔(304)，每个底板中心引脚孔(304)与触摸板的定位孔(102)位于同一轴心。
5.根据权利要求4所述的一种触觉再现旋转自锁式盲文点阵显示装置，其特征在于：每个所述的单点驱动单元(40)的底座边缘引脚(90)、底座中心引脚(100)下端分别经底板(30)的边缘引脚孔(305)、中心引脚孔(304)从底板(30)下底面穿出。
6.根据权利要求1所述的一种触觉再现旋转自锁式盲文点阵显示装置，其特征在于：所述永磁体(70)能导电。
7.根据权利要求1所述的一种触觉再现旋转自锁式盲文点阵显示装置，其特征在于：所述触摸驱动单元均连接控制电路板，控制电路板控制电流从底座边缘引脚(90)流入经永磁体(70)从底座中心引脚(100)流出，或控制电流从底座中心引脚(100)流入经永磁体(70)从底座边缘引脚(90)流出，电流与永磁体(70)内部固有的轴向磁场相互垂直使永磁体(70)边缘均产生切向的安培力，进而驱动永磁体(70)轴向旋转，从而带动旋转体(60)旋转。
8.根据权利要求7所述的一种触觉再现旋转自锁式盲文点阵显示装置，其特征在于：所述触针(50)通过与旋转体(60)螺纹配合，将旋转体(60)的旋转运动转变为触针(50)的上下直线运动，且螺纹轴(601)与触针内螺纹(504)之间采用螺纹自锁结构。
9.根据权利要求2所述的一种触觉再现旋转自锁式盲文点阵显示装置，其特征在于：所述触针主体(503)上端面抵住方槽顶面(103)限制触针(70)直线运动的上限位，触针主体(503)下端面抵住旋转体上端面(602)限制触针(70)直线运动的下限位。
触觉再现旋转自锁式盲文点阵显示装置
技术领域
[0001] 本发明涉及触觉显示技术领域，特别是涉及一种触觉再现旋转自锁式盲文点阵显示装置。
背景技术
[0002] 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，占视力损伤总数的13.7％。而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。日益增长的人口和社会老龄化情况的加重，人们的爱眼护眼意识的淡薄，同时在医疗方面缺乏专业的眼科医疗人员，医疗资源在城市之间的分配不均等问题。随着这种情况的日趋发展，到2020年，中国的盲人总数将会扩大4倍。
[0003] 由于视觉受损，盲人只能通过听觉和触觉来感受外界的信息。目前，盲人主要还是通过手指触摸盲文书籍来学习，而传统盲文书籍信息滞后且不易携带。随着时代的发展和科技的进步，为改善盲人的阅读和教育的问题，既是对他们权利的尊重，也是社会公平正义的应有之义，急需一种无障碍的知识、信息阅读装置。
[0004] 国内外研究者研制了各种驱动形式的盲文点显器，也有部分成果已经转化成面向市场的产品，但仍存在例如功耗较大等问题且一直因为价格高昂而无法普及。因此，研发带有自锁、成本相对便宜、体积小、易携带等特点的盲文点阵显示装置，对于盲文点显器的开发具有非常重要的价值。
发明内容
[0005] 为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供了一种触觉再现旋转自锁式盲文点阵显示装置，该装置提供了一种按盲文八点为一方的结构设计，容易大规模装配，同时采取螺纹自锁的方式达到低功耗的效果。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007] 本发明包括底板、中层板、触摸板和单点驱动单元，触摸板、中层板、底板通过穿过各自销轴孔的销轴由上至下依次相连，触摸板、中层板、底板共同围成内部中空的用于安装单点驱动单元的空间，单点驱动单元上端、下端分别伸出触摸板、底板。
[0008] 所述单点驱动单元包括触针、旋转体、永磁体和底座，底座固定于底板上端面设有的底板凹槽内，底座顶面开有中心凹槽，中心凹槽的槽底中间开有装有底座中心引脚的通孔，中心凹槽周围的底座顶面布置有一圈环形金属片，环形金属片和中心凹槽周围的底座中装有的底座边缘引脚的一端连接；永磁体嵌装于底座的中心凹槽中，永磁体下端设有的芯杆插入底座中心引脚一端开有的定位孔中；底座边缘引脚另一端和底座中心引脚另一端均穿设底座和底板且连接到外部驱动电路；永磁体上端设有的方凸块插入旋转体下端开有的旋转体底部方槽，旋转体上端面设有螺纹轴，触针下部设有的空腔中套装有螺纹轴且与螺纹轴通过螺纹相连，触针上端的触针圆轴活动置于触摸板的方槽中。
[0009] 包括有八个单点驱动单元，八个单点驱动单元呈2*4阵列分布，即盲文显示器中的一“方”，以一“方”为单位可随意组合不同尺寸的显示器，形成八点盲文触控。
[0010] 所述触摸板中间开有与八个单点驱动单元的触针相配合安装的安装通孔，安装通孔主要由方槽和位于方槽上端面的定位孔对接组成；所述触针主要由触针主体和位于触针主体上端面的触针圆轴连接组成；触针圆轴与触摸板的定位孔间隙配合安装，触针主体与方槽间隙配合安装限制触针的周向旋转运动。
[0011] 所述底板凹槽底面设有与八个单点驱动单元相对应的边缘引脚孔和中心引脚孔，每个底板中心引脚孔与触摸板的定位孔位于同一轴心。
[0012] 每个所述的单点驱动单元的底座边缘引脚、底座中心引脚下端分别经底板的边缘引脚孔、中心引脚孔从底板下底面穿出。
[0013] 所述永磁体能导电。
[0014] 所述触摸驱动单元均连接控制电路板，控制电路板控制电流从底座边缘引脚流入经永磁体从底座中心引脚流出，即电流从永磁体中心流入沿永磁体各个径向方向流出，或控制电流从底座中心引脚流入经永磁体从底座边缘引脚流出，即电流从永磁体下端面边缘外圈流入后均沿永磁体中心流出。电流与永磁体内部固有的轴向磁场相互垂直使永磁体边缘均产生切向的安培力，进而驱动永磁体轴向旋转，从而带动旋转体旋转。
[0015] 所述触针通过与旋转体螺纹配合，将旋转体的旋转运动转变为触针的上下直线运动，且螺纹轴与触针内螺纹之间采用螺纹自锁结构，具有螺纹自锁特性。
[0016] 所述触针主体上端面抵住方槽顶面限制触针直线运动的上限位，触针主体下端面抵住旋转体上端面限制触针直线运动的下限位。
[0017] 本发明的有益效果主要体现在：
[0018] (1)本发明采用螺纹自锁结构，增加了机械工作时的可靠性和稳定性，保证了盲文点的凸起高度一致性，很大程度的降低了功耗，且可以实现大面积、密集的盲文点阵排列，为盲文和图形触觉显示提供硬件支持。
[0019] (2)本发明根据安培力生成原理设计了单点驱动单元，可以驱动一个盲文触点的上下运动。此单点驱动单元具有机构简单、体积小、响应速度快等特点。
附图说明
[0020] 图1是本发明装置结构整体外观图。
[0021] 图2是本发明装置结构内部装配图。
[0022] 图3是本发明装置结构剖视图。
[0023] 图4是本发明的单点驱动单元结构示意图。
[0024] 图5是本发明的底座中心引脚与底座边缘引脚结构示意图。
[0025] 图6是本发明的触针结构示意图。
[0026] 图7是本发明的旋转体结构示意图。
[0027] 图8是本发明的底板结构示意图。
[0028] 图9是本发明的触摸板结构示意图。
[0029] 图中：触摸板10、中层板20、底板30、单点驱动单元40、触针50、旋转体60、永磁体70、底座80、底座边缘引脚90、底座中心引脚100、触摸板下端面101、定位孔102、方槽顶面
103、触摸板销轴孔104、方槽105、底板上端面 301、底板凹槽302、底板销轴孔303、底板中心引脚304、底板边缘引脚305、触针圆轴501、触针主体上端面502、触针主体503、触针内螺纹
504、触针主体下端面505、螺纹轴601、旋转体上端面602、旋转体底部方槽603。
具体实施方式
[0030] 下面结合附图和实施例对本发明进一步详细描述。
[0031] 如图1所示，本发明包括底板30、中层板20和触摸板10，触摸板10、中层板20、底板30通过销轴由上至下依次相连，销轴依次穿过触摸板销轴孔104、中层板销轴孔、底板销轴孔303，触摸板下端面101、中层板20和底板上端面 301共同围成内部中空的用于安装单点驱动单元40的空间。
[0032] 如图2所示，本发明还包括有八个单点驱动单元40，八个单点驱动单元40 呈2*4阵列分布，即盲文显示器中的一“方”，以一“方”为单位可随意组合不同尺寸的显示器，形成八点盲文触控。八个单点驱动单元40上端、下端分别伸出触摸板10、底板30。
[0033] 如图4和图7所示，单点驱动单元40包括触针50、旋转体60、永磁体70 和底座80，底座80固定于底板30上端面设有的底板凹槽302内，底座80顶面开有中心凹槽，永磁体70上端设有的方凸块插入旋转体60下端开有的旋转体底部方槽603，旋转体60上端面设有螺纹轴601，触针50下部设有的空腔中套装有螺纹轴601且与螺纹轴601通过螺纹相连，触针50上端圆轴501活动置于触摸板10的方槽中。
[0034] 如图3和如图5所示，底座80顶面开有中心凹槽，中心凹槽的槽底中间开有装有底座中心引脚100的通孔，中心凹槽周围的底座80顶面布置有一圈环形金属片，环形金属片和中心凹槽周围的底座80中装有的底座边缘引脚90的一端连接；永磁体70嵌装于底座80的中心凹槽中，永磁体70下端设有的芯杆插入底座中心引脚100一端开有的定位孔中；底座边缘引脚90另一端和底座中心引脚100另一端均穿设底座80和底板30且连接到外部驱动电路。
[0035] 如图6所示，触针50主要由触针主体503和位于触针主体503上端面的触针圆轴501连接组成；触针圆轴501与触摸板的定位孔间隙配合安装，触针主体503与方槽105间隙配合安装限制触针70的周向旋转运动。
[0036] 如图5和图6所示，触针主体上端面502抵住方槽顶面103限制触针70直线运动的上限位，触针主体下端面505抵住旋转体上端面602限制触针70直线运动的下限位。
[0037] 如图8所示，底板凹槽302底面设有与八个单点驱动单元40相对应的边缘引脚孔305和中心引脚孔304，每个底板中心引脚孔304与触摸板的定位孔102 位于同一轴心。每个所述的单点驱动单元40的底座边缘引脚90、底座中心引脚 100下端分别经底板30的边缘引脚孔305、中心引脚孔304从底板30下底面穿出。
[0038] 如图9所示，触摸板中间开有与八个单点驱动单元40的触针50相配合安装的安装通孔，安装通孔主要由方槽105和位于方槽105上端面的定位孔102 对接组成。
[0039] 具体实施中，单方盲文结构由八个2*4分布的单点驱动单元组成了八个盲文点，即一“方”，当单点驱动单元40处于工作位时，盲文点凸起，当单点驱动单元40处于非工作位时，盲文点凹陷，通过控制每一个点的凹凸可排列出盲文字符。通过控制底座中心引脚100和底座边缘引脚90的电流流入流出的方向，可以产生方向相反的安培力，永磁体70就可以实现正传和反转，所以触针50 可以实现上升和下降两种运动方式。
[0040] 具体实施例：
[0041] 以其中一个单点驱动单元40为例，当电流从底座中心引脚100流入，经过永磁体70导电从底座边缘引脚90流出，由于永磁体70的上端为N极下端为S 极，永磁体70内部磁感线方向竖直向上，根据左手定则可知，此时永磁体70 下端面边缘点均受到切向安培力，永磁体70整体受到沿顺时针方向的安培力(从上向下俯视视角)，驱动永磁体70沿顺时针方向旋转，从而带动旋转体60沿顺时针方向旋转，由于旋转体60的螺纹轴601采用的是右旋螺纹，所以螺纹轴 601的旋转带动触针50向上运动，当触针上端面502与触摸板的方槽顶面103 接触时达到行程上限位，即凸起状态。同理，当电流从底座边缘引脚90流入，经过永磁体70导电从底座中心引脚100流出时，永磁体70受到逆时针方向的安培力，此时触针50向下运动，当触针下端面505与旋转体上端面602接触时达到行程下限位，即凹陷状态。此为一个盲文点完整的工作周期，如图3所示，左1和左3的单点驱动单元40表示单点驱动单元40工作状态，左2和左4的单点驱动单元40表示单点驱动单元40非工作状态。
[0042] 由此可知，本发明能够实现盲文点的上下运动并具有自锁功能，大大减少功耗，可以实现大面积、密集的盲文点阵排列，为盲文和图形触觉显示提供硬件支持。
