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1.触点凸起和平整单元 2.机架 3.复位驱动器 4.Z向驱动器 5.XY移动平台 6.基座 图4 点阵显示系统的结构示意图1.5 工作流程图定义了 2套工作坐标系：XY平台的坐标系 XY和显示面板坐标系将XY运动平台限位 开关的位置定义为坐标系XY的原点（X?，Y。）， 以远离限位开关的方向为坐标系的正方向，以基 座的平面为基准面；定义离坐标系XY原点最近 的一个显示针的位置为坐标系a；y的原点（a。， ：y。），以面板的平面为基准面，其正方向与坐标系 XY的正方向相同；两个坐标系的偏移位置为 (：a — X()，；y()—Y。）。系统显示盲文图形的工作 流程如图5所示，其具体步骤描述如下： (1)系统初始化。移动XY移动平台至限位 开关的位置，即XY坐标系的原点。 ()系统参数设置与数据解析。系统参数设 置是指，用户通过人机界面，输人（X。，Y。）和 (a。，；y。）、显示针数目与显示针间隔等参数。数 据解析是指，用户输人图片数据给计算机，计算机控制子系统将其解析为与显示针阵列一一对应的 二维点阵数据。每支显示针的凸起对应于点阵数 据的1，平整状态对应于点阵数据的。。 (3)寻找显示平面的原点。运动控制器根据 接收到的原点位置数据，首先移动XY平台，使Z 向驱动器到a；y坐标系的原点（a。，；y。）。 (4)读取该行数据并驱动对应的显示针。Z 向驱动器按照预先设置的显示针间隔在X方向 做逐点扫描。当扫描到数据为1的点时，Z向驱 动器执行动作使显示针凸起。 (5)判断是否已经扫描了全部的显示针。如 果是则进人下一个步骤，如果否，则移动Z向驱 动器，对下一行显示针进行扫描。 (6)判断是否需要显示更多的盲文图形。如 果是，则在设定的时间间隔后，驱动复位驱动器使 所有显示针回到平整状态，然后从第一个步骤重 新开始循环；若果否，则显示流程结束。 2原理样机及测试 为了证明该机械式点阵系统原理和所显示数 据的可读性。我们设计了一个3X3的盲文显示 单元的原理样机。该原理样机包括硬件系统和软 件控制系统。硬件系统如图5所示，由一台PC 机、控制器、XYZ多维运动机构、机架以及包含有 3X3的显示单元组成。软件系统由控制界面、数 据处理系统、控制模块组成。 该原理样机的总体结构如图6所示所示，为 了测试每个显示针的显示的可靠性，我们采用了 全1的点阵数据，即所有的显示针都凸起，点阵数 据被打包成控制指令，通过串口传送给控制器，从 而控制移动平台移动Z向驱动器，驱动显示针凸 起。图7所示为实验中触点显示界面的情况，XY? 移动平台的速度设置为5 mm/s,移动平台按照光 栅扫描的方式移动Z轴驱动器进行逐个驱动，完 成整个显示屏的显示需要将近1 min的时间，每 个触点都能实现凸起和平整状态切换。利用该原 理样机，对26个英文字母以及10个阿拉伯数字 的单字显示进行测试，每个字重复显示100次。 显示成功率达100%。通过提高移动平台的移动 速度及Z轴驱动器的响应速度可以有效地缩短 显示时间。 图7盲文显示器显示界面 3 结语 本文提出的盲文显示器采用电磁力为触点的 驱动力，通过XY移动平台寻址，由Z向驱动器 来驱动显示针凸起，多个显示针共用一个驱动器， 触点与驱动器不再一一对应，触点的密度不再受 驱动器的体积限制；同时，可以通过增大XY移动 平台的行程扩大显示面积，通过增加多个并行工 作的Z向驱动器提高显示速度。 参考文献： [1]Barcau A. Arrangement for Converting Digital Sig?nals Representing Characters into a Sclf_locking Dot Representation ： U. S . ? 4 1 94 19〇[P]. 1 980-03-18. [2]Petersen R C. Tactile Display Apparatus： U. S.， 4871992. 3[P]. 1989-10-03. [3]Shinohara M， Shimizu Y， MochizukiA. Thrce-di- mcnsionalTactilc Display for the Blind [J ]. IEEE: Transactions on Rehabilitation Engineering，1998,6 ()219-256. [4]Sriskanthan N， Subramanian K R. Braille DisplayT'crminal for Personal ComputersJJ].T'rans-actions on Consumer Electronics?1990?36(2.) ： 121?128[5]Tctzlal J F. Electromechanical Braille Cell ： U. S.， 4283178[P]. 1981-08-11. [6]Tieman F J， Zeehuisen K. Tactile Relief Display Device and Method for Manufacture It ： U. S.， 47581 65[P]. 1988-07-19. [7]Fernando L X， Runyan N H. Electromechanical Braille Cell and Method of Operating Samc：U. S.， 4173356[P]. 1984-09-25. [8] Sutherland N B. Braille Display Device： U. S. ? 3659354 [P]. 1972-05-02. [9]MoyG，WagncrC，FcaringRS. ACompliantTactilc Display for Tclctactior' [C]//2000 IEEE: International Conference on Robotics and Automation . San Francis- co,2000:3409-34 15. [10] Tretiakof (OTretiakof A. SinglciotTactilcRcad- ing Module Driven by a Shape Memory Wirc：U. S.，6893263[P]. 2005-05-17. [11] TaylorPM，MoscrA，CreedA. ASixty-fourElc- ment Tractile Display Using Shape Memory Alloy WiresJJ]. Displays，1998，18(3): 163-168. [12]WuX，KimS H，Zhu H，ct al A Refreshable BraillcCcll BascdonPncumaticMicrobubblcActu- ators[ J ]. Journal of Micro electro mechanical Sys- tcms，2012,2K4) :908-9 16. [13]Matsunaga T，TotsuK，Esashi M，ct al. Tactile DisplayUsingShapcMcmoryAlloyMicrocoilAc- tuator and Magnetic Latch Mechanism [J ]. Dis?plays， 2013, 34(2) ： 89-94. |
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