觸覺圖形顯示器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明一般涉及觸覺信息設備的領域，所述觸覺信息設備用于視覺障礙用戶或希望訪問觸覺信息的其他用戶。具體地，本發明涉及以觸覺方式的圖形信息的顯示。
【背景技術】
[0002]從歷史上看，已經開發系統來用于基于凸點提供閱讀材料，其中盲人或視覺障礙者可使用凸點來獲得信息，諸如盲文系統，其提供以凸點編碼的字母和數字。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，被翻譯到盲文系統中，以使原始英文文本可被視覺障礙者理解。傳統上，通過機械裝置，諸如機械杠桿或在紙上形成壓痕的其他機構，在紙帶或紙頁上產生凸點。已經開發了諸如盲文打字機(brailIewriter)的機械設備，操作者可使用其進行壓印或實際上將凸點鍵入于紙上。已經開發計算機系統來允許操作者將字符鍵入到計算機中，該字符然后被轉化為盲文，并且計算機系統機械地產生盲文文本或產生印刷板或母版，其可用于打印盲文書籍或文檔。
[0003]也已經開發現代系統來用于在凸點顯示器上顯示盲文和其他信息。該種系統使用諸如機械方法的技術，以使點(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。已經為視覺障礙人士開發和設想了用于顯示器的各種方法。這些傳統方法包括形狀記憶合金(SMA)、電流變流體、螺線管、壓電方法、旋轉盤、微流體閥、電活性聚合物、微型步進馬達、電熱致動器、電磁微諧振器、氣動微型閥、低熔點金屬致動器，和RC(無線電控制的)伺服馬達。
【發明內容】
[0004]在一個方面中，本發明的特征為一種用于與圖形設備通信的圖形觸覺顯示器的裝置，該圖形設備提供用于顯示表示的圖形輸出信號。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圖形輸出信號的外部接口、用于產生馬達驅動信號的驅動模塊，以及用于處理圖形輸出信號以產生馬達驅動信號的控制處理器。該顯示組件包括點矩陣、頂部面板、底部面板、驅動馬達、導螺桿(lead screw)、銷螺母和點。顯示組件接收馬達驅動信號。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動馬達。每個驅動馬達具有連接到導螺桿的驅動軸，并且每個導螺桿連接到銷螺母組件。每個銷螺母組件具有銷螺母和點。頂部面板提供銷開口，其確定點矩陣的尺寸和形狀。底部面板和頂部面板被對準，以使每個銷螺母組件在適當的位置處對應于相應銷開口。每個銷開口的尺寸被設計為能使每個相應銷螺母組件繞其軸線自由運動，以用于將銷螺母組件的點上升到頂部面板頂部表面之上，以基于圖形輸出信號生成基于點矩陣上的凸點的顯示表不O
[0005]在一個實施例中，顯示組件進一步包括接近傳感器。當接近傳感器感測到靠近點矩陣的一個或多個點的接近存在(proximate presence)時，接近傳感器生成一個或多個點矩陣參與信號(dot matrix engagement signal)。控制和接口模塊接收該點矩陣參與信號，并生成觸覺輸入信號。
[0006]在另一個實施例中，圖形設備接收觸覺輸入信號，并響應于該觸覺輸入信號。圖形設備響應于觸覺輸入信號，生成對由點矩陣呈現的圖形圖像的改變，并將該改變傳送到點矩陣。
[0007]在一個實施例中，控制和接口模塊產生馬達驅動信號，其能夠將每個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]在另一個實施例中，控制和接口模塊產生馬達驅動信號，其能夠提供每個銷螺母組件的脈動。
[0009]在另一個方面中，本發明的特征為一種用于與圖形設備通信的圖形觸覺顯示器的裝置，該圖形設備提供用于顯示表示的圖形輸出信號。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圖形輸出信號的外部接口、用于產生馬達驅動信號的驅動模塊，以及用于處理圖形輸出信號以產生馬達驅動信號的控制處理器。凸輪和齒輪組件包括點矩陣、蝸輪、蝸輪馬達、凸輪桿、凸輪桿馬達、銷齒輪、離合器機構、導螺桿，和銷螺母組件。點矩陣包括多個點。每個銷螺母組件包括銷螺母和點，并連接到導螺桿之一。每個導螺桿連接到銷齒輪之一。每個凸輪桿連接到多個凸輪，其適用于對應于該點矩陣的一個列的一列銷螺母組件。每個凸輪桿由凸輪馬達之一驅動，以為每個凸輪桿提供繞其軸線的旋轉運動。每個蝸輪由蝸輪馬達之一驅動，以為每個蝸輪提供繞其軸線的旋轉運動。這些蝸輪對應于點矩陣的行。控制和接口模塊將基于圖形輸出信號之一的馬達驅動信號提供到凸輪桿中的相應一個，并同時提供給蝸輪中的相應一個，其中所述圖形輸出信號指示點矩陣上的特定行-列位置。控制和接口模塊確定馬達驅動信號對應于點矩陣的所指示的行-列位置，與相對于所指示的行-列位置的離合器機構之一進行嚙合，以通過相應的銷齒輪將旋轉力傳遞到相應導螺桿，以便升高在所指示的行-列位置處的相應的銷螺母組件，從而在所指示的行-列位置處產生凸點。控制和接口模塊為進一步指示的行-列位置提供進一步的馬達驅動信號，以用于升高在進一步指示的行-列位置處的凸點，以基于圖形輸出信號生成基于點矩陣上的凸點的顯示表示。
[0010]在一個實施例中，顯示組件進一步包括接近傳感器。接近傳感器響應于靠近點矩陣的一個或多個點的接近存在，生成一個或多個點矩陣參與信號。控制和接口模塊接收點矩陣參與信號，并生成觸覺輸入信號。
[0011]在另一個實施例中，圖形設備接收觸覺輸入信號，并響應于觸覺輸入信號。圖形設備響應于觸覺輸入信號，生成對由點矩陣呈現的圖形圖像的改變，并將這些改變傳送到點矩陣。
[0012]在一個實施例中，控制和接口模塊產生馬達驅動信號，其能夠將每個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]在另一個實施例中，控制和接口模塊產生馬達驅動信號，其能夠提供每個銷螺母組件的脈動。
[0014]在另一個方面中，用于圖形觸覺顯示器的裝置與圖形設備進行通信，該圖形設備提供用于顯示表示的圖形輸出信號。圖形觸覺顯示器包括用于存儲指令集的存儲器，以及用于運行該指令集的微處理器。微處理器與存儲器和顯示組件進行通信。顯示組件包括點矩陣、底部面板、導螺桿、銷螺母組件、頂部面板以及用于旋轉每個導螺桿的裝置。每個銷螺母組件包括銷螺母和點，并連接到相應的銷螺母組件。指令集對微處理器編程，以從圖形設備接收圖形輸出信號；以基于圖形輸出信號生成馬達驅動信號，以便驅動顯示組件的一個或多個驅動馬達；以將馬達驅動信號提供到用于旋轉的裝置，以將旋轉運動提供到一個或多個相應的銷螺母組件，從而導致一個或多個相應的銷螺母組件中的每個相應銷螺母組件的垂直運動，以用于將每個相應點上升到頂部面板的頂部表面之上；以基于圖形輸出信號生成基于點矩陣上的凸點的顯示表示；以響應于靠近一個或多個點的接近存在，從與頂部面板關聯的接近傳感器生成點矩陣參與信號；以及基于點矩陣參與信號生成觸覺輸入信號，以將觸覺輸入信號提供到圖形設備。
[0015]在一個實施例中，這些指令對微處理器編程，以響應于從圖形設備接收的進一步的圖形輸出信號，基于觸覺輸入信號生成對由點矩陣呈現的顯示表示的改變，且將進一步的馬達驅動信號提供到用于旋轉的裝置。
[0016]在另一個實施例中，這些指令對微處理器編程，以產生馬達驅動信號，其能夠將每個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]在另一個實施例中，這些指令對微處理器編程，以產生馬達驅動信號，其提供每個銷螺母組件的脈動。
【附圖說明】
[0018]可以通過參考結合附圖的以下描述來更好地理解本發明的以上和進一步的優點，其中相同的數字表示各個圖中的相同結構元件和特征。附圖不必按比例繪制，而是重點在于說明本發明的原理。
[0019]圖1A為根據本發明的原理的觸覺圖形系統的示意性表示。
[0020]圖1B為根據本發明的原理的控制和接口模塊的示意性表示。
[0021]圖2為根據本發明的原理的示出顯示表示的點矩陣的示意性表示。
[0022]圖3A示出了根據本發明的原理的用于觸覺圖形系統的觸覺顯示器殼體的側視圖。
[0023]圖3B示出了根據本發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視圖。
[0024]圖4A示出了根據本發明的原理的驅動銷組件的分解側視圖。
[0025]圖4B示出了根據本發明的原理的顯示銷螺母中的螺紋腔的圖4A中的驅動銷組件的分解側視圖。
[0026]圖5示出了根據本發明的原理的圖4A和圖4B中的驅動銷組件的等距視圖。
[0027]圖6示出了根據本發明的原理的與改進的銷螺母一起使用的彈簧機構的等距視圖。
[0028]圖7示出了根據本發明的原理的銷螺母的螺紋腔中的陰螺紋的側視圖。
[0029]圖8示出了根據本發明的原理的導螺桿的陽螺紋的側