觸覺圖形顯示器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般涉及觸覺信息設(shè)備的領(lǐng)域，所述觸覺信息設(shè)備用于視覺障礙用戶或希望訪問(wèn)觸覺信息的其他用戶。具體地，本發(fā)明涉及以觸覺方式的圖形信息的顯示。
【背景技術(shù)】
[0002]從歷史上看，已經(jīng)開發(fā)系統(tǒng)來(lái)用于基于凸點(diǎn)提供閱讀材料，其中盲人或視覺障礙者可使用凸點(diǎn)來(lái)獲得信息，諸如盲文系統(tǒng)，其提供以凸點(diǎn)編碼的字母和數(shù)字。因此，最初以視覺方式組成的文本，諸如使用英文字母的普通文本，被翻譯到盲文系統(tǒng)中，以使原始英文文本可被視覺障礙者理解。傳統(tǒng)上，通過(guò)機(jī)械裝置，諸如機(jī)械杠桿或在紙上形成壓痕的其他機(jī)構(gòu)，在紙帶或紙頁(yè)上產(chǎn)生凸點(diǎn)。已經(jīng)開發(fā)了諸如盲文打字機(jī)(brailIewriter)的機(jī)械設(shè)備，操作者可使用其進(jìn)行壓印或?qū)嶋H上將凸點(diǎn)鍵入于紙上。已經(jīng)開發(fā)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)允許操作者將字符鍵入到計(jì)算機(jī)中，該字符然后被轉(zhuǎn)化為盲文，并且計(jì)算機(jī)系統(tǒng)機(jī)械地產(chǎn)生盲文文本或產(chǎn)生印刷板或母版，其可用于打印盲文書籍或文檔。
[0003]也已經(jīng)開發(fā)現(xiàn)代系統(tǒng)來(lái)用于在凸點(diǎn)顯示器上顯示盲文和其他信息。該種系統(tǒng)使用諸如機(jī)械方法的技術(shù)，以使點(diǎn)(或凸起物)上升到平坦表面之上。該凸起物形成盲文消息或提供諸如圖形信息的其他信息。已經(jīng)為視覺障礙人士開發(fā)和設(shè)想了用于顯示器的各種方法。這些傳統(tǒng)方法包括形狀記憶合金(SMA)、電流變流體、螺線管、壓電方法、旋轉(zhuǎn)盤、微流體閥、電活性聚合物、微型步進(jìn)馬達(dá)、電熱致動(dòng)器、電磁微諧振器、氣動(dòng)微型閥、低熔點(diǎn)金屬致動(dòng)器，和RC(無(wú)線電控制的)伺服馬達(dá)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在一個(gè)方面中，本發(fā)明的特征為一種用于與圖形設(shè)備通信的圖形觸覺顯示器的裝置，該圖形設(shè)備提供用于顯示表示的圖形輸出信號(hào)。該裝置包括控制和接口模塊以及顯示組件。該控制和接口模塊包括用于接收?qǐng)D形輸出信號(hào)的外部接口、用于產(chǎn)生馬達(dá)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)模塊，以及用于處理圖形輸出信號(hào)以產(chǎn)生馬達(dá)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的控制處理器。該顯示組件包括點(diǎn)矩陣、頂部面板、底部面板、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、導(dǎo)螺桿(lead screw)、銷螺母和點(diǎn)。顯示組件接收馬達(dá)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。頂部面板包括頂部表面。底部面板支撐與控制和接口模塊接觸的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。每個(gè)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)具有連接到導(dǎo)螺桿的驅(qū)動(dòng)軸，并且每個(gè)導(dǎo)螺桿連接到銷螺母組件。每個(gè)銷螺母組件具有銷螺母和點(diǎn)。頂部面板提供銷開口，其確定點(diǎn)矩陣的尺寸和形狀。底部面板和頂部面板被對(duì)準(zhǔn)，以使每個(gè)銷螺母組件在適當(dāng)?shù)奈恢锰帉?duì)應(yīng)于相應(yīng)銷開口。每個(gè)銷開口的尺寸被設(shè)計(jì)為能使每個(gè)相應(yīng)銷螺母組件繞其軸線自由運(yùn)動(dòng)，以用于將銷螺母組件的點(diǎn)上升到頂部面板頂部表面之上，以基于圖形輸出信號(hào)生成基于點(diǎn)矩陣上的凸點(diǎn)的顯示表不O
[0005]在一個(gè)實(shí)施例中，顯示組件進(jìn)一步包括接近傳感器。當(dāng)接近傳感器感測(cè)到靠近點(diǎn)矩陣的一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)的接近存在(proximate presence)時(shí)，接近傳感器生成一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)矩陣參與信號(hào)(dot matrix engagement signal)?？刂坪徒涌谀K接收該點(diǎn)矩陣參與信號(hào)，并生成觸覺輸入信號(hào)。
[0006]在另一個(gè)實(shí)施例中，圖形設(shè)備接收觸覺輸入信號(hào)，并響應(yīng)于該觸覺輸入信號(hào)。圖形設(shè)備響應(yīng)于觸覺輸入信號(hào)，生成對(duì)由點(diǎn)矩陣呈現(xiàn)的圖形圖像的改變，并將該改變傳送到點(diǎn)矩陣。
[0007]在一個(gè)實(shí)施例中，控制和接口模塊產(chǎn)生馬達(dá)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其能夠?qū)⒚總€(gè)銷螺母組件上升到高于頂部面板的頂部表面的變化的高度水平。
[0008]在另一個(gè)實(shí)施例中，控制和接口模塊產(chǎn)生馬達(dá)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其能夠提供每個(gè)銷螺母組件的脈動(dòng)。
[0009]在另一個(gè)方面中，本發(fā)明的特征為一種用于與圖形設(shè)備通信的圖形觸覺顯示器的裝置，該圖形設(shè)備提供用于顯示表示的圖形輸出信號(hào)。該裝置包括控制和接口模塊以及凸輪和齒輪組件。控制和接口模塊包括用于接收?qǐng)D形輸出信號(hào)的外部接口、用于產(chǎn)生馬達(dá)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)模塊，以及用于處理圖形輸出信號(hào)以產(chǎn)生馬達(dá)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的控制處理器。凸輪和齒輪組件包括點(diǎn)矩陣、蝸輪、蝸輪馬達(dá)、凸輪桿、凸輪桿馬達(dá)、銷齒輪、離合器機(jī)構(gòu)、導(dǎo)螺桿，和銷螺母組件。點(diǎn)矩陣包括多個(gè)點(diǎn)。每個(gè)銷螺母組件包括銷螺母和點(diǎn)，并連接到導(dǎo)螺桿之一。每個(gè)導(dǎo)螺桿連接到銷齒輪之一。每個(gè)凸輪桿連接到多個(gè)凸輪，其適用于對(duì)應(yīng)于該點(diǎn)矩陣的一個(gè)列的一列銷螺母組件。每個(gè)凸輪桿由凸輪馬達(dá)之一驅(qū)動(dòng)，以為每個(gè)凸輪桿提供繞其軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。每個(gè)蝸輪由蝸輪馬達(dá)之一驅(qū)動(dòng)，以為每個(gè)蝸輪提供繞其軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這些蝸輪對(duì)應(yīng)于點(diǎn)矩陣的行?？刂坪徒涌谀K將基于圖形輸出信號(hào)之一的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供到凸輪桿中的相應(yīng)一個(gè)，并同時(shí)提供給蝸輪中的相應(yīng)一個(gè)，其中所述圖形輸出信號(hào)指示點(diǎn)矩陣上的特定行-列位置。控制和接口模塊確定馬達(dá)驅(qū)動(dòng)信號(hào)對(duì)應(yīng)于點(diǎn)矩陣的所指示的行-列位置，與相對(duì)于所指示的行-列位置的離合器機(jī)構(gòu)之一進(jìn)行嚙合，以通過(guò)相應(yīng)的銷齒輪將旋轉(zhuǎn)力傳遞到相應(yīng)導(dǎo)螺桿，以便升高在所指示的行-列位置處的相應(yīng)的銷螺母組件，從而在所指示的行-列位置處產(chǎn)生凸點(diǎn)。控制和接口模塊為進(jìn)一步指示的行-列位置提供進(jìn)一步的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以用于升高在進(jìn)一步指示的行-列位置處的凸點(diǎn)，以基于圖形輸出信號(hào)生成基于點(diǎn)矩陣上的凸點(diǎn)的顯示表示。
[0010]在一個(gè)實(shí)施例中，顯示組件進(jìn)一步包括接近傳感器。接近傳感器響應(yīng)于靠近點(diǎn)矩陣的一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)的接近存在，生成一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)矩陣參與信號(hào)?？刂坪徒涌谀K接收點(diǎn)矩陣參與信號(hào)，并生成觸覺輸入信號(hào)。
[0011]在另一個(gè)實(shí)施例中，圖形設(shè)備接收觸覺輸入信號(hào)，并響應(yīng)于觸覺輸入信號(hào)。圖形設(shè)備響應(yīng)于觸覺輸入信號(hào)，生成對(duì)由點(diǎn)矩陣呈現(xiàn)的圖形圖像的改變，并將這些改變傳送到點(diǎn)矩陣。
[0012]在一個(gè)實(shí)施例中，控制和接口模塊產(chǎn)生馬達(dá)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其能夠?qū)⒚總€(gè)銷螺母組件上升到高于頂部面板的頂部表面的變化的高度水平。
[0013]在另一個(gè)實(shí)施例中，控制和接口模塊產(chǎn)生馬達(dá)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其能夠提供每個(gè)銷螺母組件的脈動(dòng)。
[0014]在另一個(gè)方面中，用于圖形觸覺顯示器的裝置與圖形設(shè)備進(jìn)行通信，該圖形設(shè)備提供用于顯示表示的圖形輸出信號(hào)。圖形觸覺顯示器包括用于存儲(chǔ)指令集的存儲(chǔ)器，以及用于運(yùn)行該指令集的微處理器。微處理器與存儲(chǔ)器和顯示組件進(jìn)行通信。顯示組件包括點(diǎn)矩陣、底部面板、導(dǎo)螺桿、銷螺母組件、頂部面板以及用于旋轉(zhuǎn)每個(gè)導(dǎo)螺桿的裝置。每個(gè)銷螺母組件包括銷螺母和點(diǎn)，并連接到相應(yīng)的銷螺母組件。指令集對(duì)微處理器編程，以從圖形設(shè)備接收?qǐng)D形輸出信號(hào)；以基于圖形輸出信號(hào)生成馬達(dá)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以便驅(qū)動(dòng)顯示組件的一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)；以將馬達(dá)驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供到用于旋轉(zhuǎn)的裝置，以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)提供到一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)的銷螺母組件，從而導(dǎo)致一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)的銷螺母組件中的每個(gè)相應(yīng)銷螺母組件的垂直運(yùn)動(dòng)，以用于將每個(gè)相應(yīng)點(diǎn)上升到頂部面板的頂部表面之上；以基于圖形輸出信號(hào)生成基于點(diǎn)矩陣上的凸點(diǎn)的顯示表示；以響應(yīng)于靠近一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)的接近存在，從與頂部面板關(guān)聯(lián)的接近傳感器生成點(diǎn)矩陣參與信號(hào)；以及基于點(diǎn)矩陣參與信號(hào)生成觸覺輸入信號(hào)，以將觸覺輸入信號(hào)提供到圖形設(shè)備。
[0015]在一個(gè)實(shí)施例中，這些指令對(duì)微處理器編程，以響應(yīng)于從圖形設(shè)備接收的進(jìn)一步的圖形輸出信號(hào)，基于觸覺輸入信號(hào)生成對(duì)由點(diǎn)矩陣呈現(xiàn)的顯示表示的改變，且將進(jìn)一步的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供到用于旋轉(zhuǎn)的裝置。
[0016]在另一個(gè)實(shí)施例中，這些指令對(duì)微處理器編程，以產(chǎn)生馬達(dá)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其能夠?qū)⒚總€(gè)銷螺母組件上升到高于頂部面板的頂部表面的變化的高度水平。
[0017]在另一個(gè)實(shí)施例中，這些指令對(duì)微處理器編程，以產(chǎn)生馬達(dá)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其提供每個(gè)銷螺母組件的脈動(dòng)。
【附圖說(shuō)明】
[0018]可以通過(guò)參考結(jié)合附圖的以下描述來(lái)更好地理解本發(fā)明的以上和進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)，其中相同的數(shù)字表示各個(gè)圖中的相同結(jié)構(gòu)元件和特征。附圖不必按比例繪制，而是重點(diǎn)在于說(shuō)明本發(fā)明的原理。
[0019]圖1A為根據(jù)本發(fā)明的原理的觸覺圖形系統(tǒng)的示意性表示。
[0020]圖1B為根據(jù)本發(fā)明的原理的控制和接口模塊的示意性表示。
[0021]圖2為根據(jù)本發(fā)明的原理的示出顯示表示的點(diǎn)矩陣的示意性表示。
[0022]圖3A示出了根據(jù)本發(fā)明的原理的用于觸覺圖形系統(tǒng)的觸覺顯示器殼體的側(cè)視圖。
[0023]圖3B示出了根據(jù)本發(fā)明的原理的包括頂部面板和底部面板的圖3A中的觸覺顯示器殼體的側(cè)視圖。
[0024]圖4A示出了根據(jù)本發(fā)明的原理的驅(qū)動(dòng)銷組件的分解側(cè)視圖。
[0025]圖4B示出了根據(jù)本發(fā)明的原理的顯示銷螺母中的螺紋腔的圖4A中的驅(qū)動(dòng)銷組件的分解側(cè)視圖。
[0026]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的原理的圖4A和圖4B中的驅(qū)動(dòng)銷組件的等距視圖。
[0027]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的原理的與改進(jìn)的銷螺母一起使用的彈簧機(jī)構(gòu)的等距視圖。
[0028]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的原理的銷螺母的螺紋腔中的陰螺紋的側(cè)視圖。
[0029]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的原理的導(dǎo)螺桿的陽(yáng)螺紋的側(cè)