УПРАВЛЯЕМЫЙ ЭЛЕМЕНТ ТАКТИЛЬНОГО ДИСПЛЕЯ

Полезная модель относится к области технических средств реабилитации инвалидов по зрению и предназначена для построения тактильных дисплеев отображающих графическую либо текстовую информацию в рельефно-точечном виде. Известен элемент тактильного дисплея, в конструкции которого применены управляемые элементы с использованием эффекта памяти формы в сверхупругих сплавах (US 5685721 A, 1997). Недостатком известного элемента является чрезмерная сложность конструкции, заключающаяся в использовании для механического воздействия на подвижные части тактильных элементов пневматического или гидравлического давления, что влечет за собой включение в состав конструкции дополнительного компрессора и соблюдение условий его эксплуатации. Кроме того, в известном устройстве подвод управляющего сигнала к силовому элементу осуществляется через взаимно скользящие трубчатые элементы корпуса, что требует обеспечения надежного электрического контакта между ними, и следовательно небольших технологических зазоров, что повлечет за собой сложность производства тактильных элементов.
Известен так же элемент дисплея брайля (JP 10333550, 1998), принятый в качестве прототипа, выполненный в виде тонкостенного металлического цилиндрического корпуса, по оси которого установлен силовой элемент из сплава с памятью формы, закрепленный на торцах корпуса, при этом первый торец корпуса подведен к отверстию тактильной поверхности дисплея, с возможностью перемещения в нем. Вторым торцом
корпус жестко закреплен на монтажной плате, с возможностью подачи на силовой элемент управляющего напряжения. Недостатком известного элемента является недостаточная жесткость конструкции, приводящая к заклиниванию при перемещении
Задачей решаемой полезной моделью является создание конструкции управляемого тактильного элемента, применение которого в составе тактильных дисплеев существенно упростит их конструкцию и избавит от перечисленных выше недостатков.
Технический результат, достигаемый при использовании полезной модели, заключается в повышении точности отображения информации за счет снижения возможности заклинивания или перекоса чувствительных элементов.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что управляемый элемент тактильного дисплея содержит тонкостенный металлический цилиндрический корпус, по оси которого установлен силовой элемент из сплава с памятью формы, закрепленный на торцах корпуса, при этом первый торец корпуса подведен к отверстию тактильной поверхности дисплея, с возможностью перемещения в нем, вторым торцом корпус жестко закреплен на монтажной плате, с возможностью подачи на силовой элемент управляющего напряжения, при этом соосно на корпус надет тактильный элемент, выполненный из электроизоляционного материала в виде тонкостенной трубки с тактильным выступом, жестко закрепленным на первом торце корпуса, на втором торце корпуса для закрепления силового элемента установлена заглушка из электроизоляционного материала, при часть корпуса со стороны первого торца снабжена пружинным элементом в виде гофрированного участка.
Предпочтительно, чтобы силовым элементом являлся отрезок проволоки.
Кроме того, силовой элемент может быть выполнен из никелида титана или из сплава на основе меди, например Cu-Al-Ni или Cu-Zn-Al.
Предпочтительно, чтобы тонкостенная трубка тактильного элемента была надета на корпус с возможностью перемещения относительно его стенки.
Дополнительно, в стенке корпуса со стороны второго торца имеется отверстие.
На фиг.1 представлен общий вид управляемого элемента тактильного дисплея. На фиг.2 проиллюстрирована работа управляемых элементов.
Управляемый элемент тактильного дисплея состоит из металлического тонкостенного цилиндрического корпуса 1 (фиг.1), торцевой заглушки 2, контактного элемента 3, тактильного элемента 4, силового элемента из материала с памятью формы 5. Корпус 1 выполнен в виде тонкостенной трубки из металла, по оси которого установлен силовой элемент из сплава с памятью формы 5, закрепленный на торцах корпуса. Первый торец корпуса подведен к отверстию тактильной поверхности 7 (фиг.2) дисплея, с возможностью перемещения в нем, вторым торцом корпус жестко закреплен на монтажной плате 6. Соосно на корпус 1 надет тактильный элемент 4, выполненный из электроизоляционного материала в виде тонкостенной трубки с тактильным выступом, жестко закрепленным на первом торце корпуса. На втором торце корпуса для закрепления силового элемента 5 установлена заглушка 2 из электроизоляционного материала.
Часть корпуса со стороны первого торца снабжена пружинным элементом в виде гофрированного участка, выполняющего функцию пружинного элемента. Верхняя часть корпуса (первый торец) конструктивно оформлена в виде тонкостенной трубки меньшего диаметра и предназначена для крепления силового элемента 5 путем его обжима. В нижней части корпуса (второй торец) предусмотрено отверстие, предназначенное для свободного выхода и входа воздуха из корпуса при изменении им в процессе работы внутреннего объема. Корпус 1 предназначен для общего крепления всех составных элементов, а также выполняет функцию подвода к силовому элементу 5 управляющего электрического сигнала.
Торцевая заглушка 2 выполнена из изоляционного материала, имеет цилиндрическую форму, крепится в нижней части корпуса и предназначена для жесткого крепления контактного элемента 3.
Контактный элемент 3 представляет собой цилиндрический металлический вывод, жестко закрепленный в заглушке 2, верхняя часть которого представляет собой тонкостенную трубку, необходимую для крепления силового элемента 5 путем его обжима. Контактный элемент предназначен для подвода к силовому элементу 5 управляющего электрического сигнала. Тактильный элемент 4 выполнен из изоляционного материала в виде детали состоящей из тонкостенной трубки, имеющей внутренний диаметр незначительно превосходящий внешний диаметр корпуса 1 и, непосредственно, осязательного выступа. Тактильный элемент жестко закреплен на первом торце корпуса 1. Нижняя часть тактильного элемента свободно перемещается в вертикальном направлении вдоль корпуса 1 при изменении им геометрических размеров, предотвращая появление изгиба корпуса 1 в гофрированной его части.
Силовой элемент 5 выполнен в виде отрезка тонкой проволоки из сплава Ni-Ti (никелид титана) с наведенным эффектом памяти формы или сплава меди (Cu-Al-Ni или Cu-Zn-Al). Силовой элемент крепится непосредственно в верхней части корпуса 1 и в контактном элементе 3 путем обжима проволоки в конструктивных тонкостенных трубках. Силовой элемент предназначен для совершения механической работы, направленной на изменение линейного размера корпуса 1 за счет сжатия его гофрированной части.
В основе работы управляемого тактильного элемента используется эффект памяти формы конструктивных элементов, выполненных из сплавов с памятью формы, заключающийся в их стремлении вернуть себе первоначальную форму и геометрические размеры при изменении температуры.
Принцип работы управляемого тактильного элемента при
использовании его в тактильных дисплеях изображен на фиг.2. Управляемые тактильные элементы жестко закреплены нижними концами (вторые торцы) на монтажной плате, которая может быть выполнена в виде многослойной печатной платы. Верхние части тактильных элементов 4 свободно перемещаются в отверстиях тактильной поверхности 7.
В описываемом управляемом тактильном элементе изменение температуры силового элемента 5 осуществляется путем его нагрева за счет пропускания через него электрического тока малого напряжения. В тот момент, когда температура рабочего элемента 5 достигнет точки перехода сплава, из которого он выполнен в аустенитное состояние, его линейный размер сократится на 3-5% и вернется к тому, который был у него до наведения памяти формы. Общее изменение длины силового элемента 5 составит 0,9-1,5 мм при первоначальной длине 30 мм.
Изменение линейных размеров силового элемента 5 приведет к тому что сожмется гофрированная часть корпуса 1 и, следовательно, к изменению на такую же величину его высоты. При этом излишки воздуха свободно выходят из корпуса 1 через вентиляционное отверстие, предусмотренное в его нижней части. Тактильный элемент 4, закрепленный в верхней части корпуса 1 так же опустится и его осязательная часть переместится ниже тактильной поверхности и станет недоступной для тактильного восприятия пользователем.
После снятия с силового элемента 5 управляющего напряжения произойдет его остывание и сплав, из которого он выполнен, вернется в мартенситное состояние. При этом сжатая ранее гофрированная часть корпуса 1, выполнит функцию возвратной пружины и растянет силовой элемент 5 до первоначальных размеров. Высота корпуса 1 увеличится и осязательная часть тактильного элемента 4 переместится выше тактильной поверхности и станет доступной для тактильного восприятия пользователем.
Таким образом, при подаче и снятии управляющего напряжения на
силовой элемент 5 производится механический рабочий цикл. За счет небольшого процентного изменения линейных размеров силового элемента 5 (3-5%) он выдержит без существенного изменения характеристик более миллиона циклов.
Управляемые тактильные элементы, объединенные в информационный массив при выборочной подаче на них управляющего напряжения сформируют на тактильной поверхности дисплея рельефно-точечное изображение, которое может представлять текстовую информацию в виде брайлевского шрифта или графическую информацию.