[发明专利]一种基于压电超声振动的盲文动态触点单元及盲文触觉感知装置

说明书

本发明涉及一种基于压电超声振动的盲文动态触点单元及盲文触觉感知装置，盲文动态触点单元包括底座、双压电片驱动组件和触键，触键位于底座上方，双压电片驱动组件位于底座上面，其用于驱动触键。盲文触觉感知装置包括盲文动态触点单元、底板和盖在所述底板上方的面板，面板上开设多个通孔，盲文动态触点单元设置多个，安装在底板上，触点的上半部分从面板的通孔中露出。本盲文触觉感知装置能够实现触点单元的超声振动自适应控制，能够实现盲文触点/位移的高精度输出，并且可以设置多种阅读模式以适应不同盲人使用者的阅读习惯，能够提高所设计盲文触觉系统实用性，是做到大面积推广使用的关键。

技术领域

本发明涉及精密驱动领域，具体地讲，涉及一种基于压电超声振动的盲文动态触点单元及盲文触觉感知装置。

背景技术

目前，盲人群体接受信息和教育的重要方式就是采用手指触觉“阅读”凸点组成的特种文字——盲文。然而，传统盲文阅读主要以纸质书籍为主，存在着纸张昂贵、制作工艺复杂并且数量少、品种单一、信息量少和资信落后、体积笨重且携带不便的缺点。而在信息时代和知识爆炸的今天，纸质的盲文点字已经无法帮助盲人很好的融入和拥抱互联网。

盲文触觉感知装置的出现在一定程度上解决了这个问题，盲文触觉感知装置是将传统的纸质书籍和文字动态地显示成盲文点字。盲人通过指尖触摸阅读文字，而触觉感知装置又不同于纸质书籍，它可以动态显示盲文点字。因此盲文触觉感知装置能够满足盲人弱势群体的需求，在识字，学习技能和获取信息等方面给予盲人极大的方便。但是国外的盲文触觉感知系统是基于英文盲文编制而成，中国盲人使用起来极不方便。国内的盲文触觉感知系统大多仍处于实验研究或样机测试阶段。

目前现有的盲文触觉感知系统大多以电机和气动来驱动触点单元来实现往复直线运动，例如申请公布号为CN111882964A的专利申请：一种精准化盲文点显装置，这类感知系统虽然具有控制简单、可靠性高且输出力大的优点，但是多个电机驱动装置和丝杠、连杆、凸轮等传动机构引入导致整个盲文触觉感知系统结构复杂庞大、体积笨重，且伴随着运动噪声、响应速度较低的缺点，不便于盲人使用者的快速便捷阅读。

而利用电磁线圈的通断电实现盲文触电的凸起和升降控制的电磁型盲文触觉感知系统具有响应速度快，人机交互好等优点，并且能够在较低功耗下实现盲文触点单元的高保持力控制，在一定程度上解决了电机和气动驱动型感知系统的不足，例如授权公告号为CN104408994B的专利：分层电磁式的盲文显示装置及盲文阅读机。总的来说，电磁驱动型盲文触觉感知系统具有响应速度快且便于模块化驱动和扩展等优点，在盲文触觉感知系统中得到广泛应用。但是其固有的电磁非线性效应导致长期使用发热，盲文触点位移和力都难以精确控制的问题，给使用者带来了一定不便。正是这些不足的存在，阻滞了盲文触觉感知系统的发展。

随着近年来智能材料的迅速发展，有效的解决了以上几种驱动方式的缺陷。智能材料执行器与基体结构直接集成，打破了传统驱动方式的限制，取消了从执行器到末端运动结构之间的机械传动环节，实现了“近零驱动”或“直接驱动”。在这其中，以压电材料为代表的智能材料执行器具有驱动精度高、输出力大且动态特性好的优点。一些以单压电作为驱动源的触点装置相较于传统驱动方式虽然取得了非常好的效果，但是由于其仅由一个压电驱动器驱动且经过中间部件的传递，导致了其动态响应速度相对较慢，不能够达到实时显示的水平，无法满足一些阅读速度较快者的阅读需求，并且触点与指尖的接触力精度低，同时不能够动态调整，这样就使得使用者在阅读过程中出现漏读或读错的情况。而且，顶出式盲文触点感知方法普遍存在着显示时间短、人机交互差的缺点。

综上所述，因此，有必要对现有的盲文触觉感知装置进行改进和优化。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理、响应速度快、接触控制精度高的基于压电超声振动的盲文动态触点单元，以及具有该盲文动态触点单元的盲文触觉感知装置。