一种具有落笔力度反馈的执笔器及执笔模块的制作方法

本实用新型涉及绘画写字机器人设备领域，尤其涉及一种具有落笔力度反馈的执笔器及执笔模块。

背景技术：

随着自动化与智能化的推进，绘画写字机器人在教学培训、日常生活领域相继出现，满足人们的学习、便捷、观赏等需求。

中国发明专利申请201610944878x公开的一种十字形书写绘画机器人，其通过设置横向运动机构、纵向运动机构和笔架模块，以实现该机器人带动笔沿x、y、z三个方向于运动。但是，对于其笔架模块，通过其结构可以看出，其在z方向上无法反馈落笔力度，写字机器人只能进行简单且生硬的落笔和提笔动作，因此，笔在书写纸上作用的效果体现为笔墨的有无，很难实现颜色的深浅、笔画力度和层次感等效果，进而降低了作品的整体美观；而当落笔的力度控制得不好时，甚至会戳破书写纸或弄断笔芯，严重影响正常工作。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种具有落笔力度反馈的执笔器，以能够实时反馈落笔力度，使用其作为绘画写字机器人的执笔器能够使绘画写字机器人根据情况实时控制落笔动作；还提供了一种具有该种具有落笔力度反馈的执笔器的执笔模块。

为了达到上述的目的之一，本实用新型提供了一种具有落笔力度反馈的执笔器，其包括滑动架、拉力传感器、弹性件和笔架，所述笔架用于夹持笔；所述笔架滑动连接在所述滑动架，所述笔架能够相对于所述滑动架上下运动，所述拉力传感器安装在所述滑动架，所述弹性件的第一端与所述笔架连接并跟随所述笔架运动，所述弹性件的第二端与所述拉力传感器连接，所述拉力传感器用于测量所述弹性件的弹力。

进一步地，所述拉力传感器为应变片压力传感器，所述应变片压力传感器包括固定部和悬空部，所述固定部固定在所述滑动架，所述悬空部悬空并与所述弹性件的第二端连接。

进一步地，所述弹性件为拉簧。

进一步地，在所述笔架和所述滑动架这两者中，其中一者设置有沿竖直方向延伸的第一滑杆，另一者设置有第一滑槽，第一滑槽滑动连接在第一滑杆。

进一步地，第一滑杆的上下两端均设置有限位结构。

本实用新型所提供的一种具有落笔力度反馈的执笔器，笔被夹持在笔架，在落笔时，由于落笔力度小于指定值，滑动架被驱动往下运动，在弹性件的传递下笔架也往下运动，当笔触碰到书写纸后，滑动架继续往下运动，由于笔被书写纸顶住，使笔不能再往下运动，在滑动架继续往下运动的过程中，滑动架与笔架之间的距离逐渐增加，弹性件的变形逐渐增加，弹力也逐渐增加，直到落笔力度到达指定值为止，而弹性件的弹力与笔对书写纸的压力成特定的函数关系，通过拉力传感器测量弹性件的弹力即可推导出笔对书写纸的压力，通过实时监控弹性件的弹力并实时控制滑动架的上下运动，即可实时控制落笔力度。

相比于现有技术，该种具有落笔力度反馈的执笔器能够实时反馈落笔力度，使绘画写字机器人能够根据落笔力度的需求控制落笔程度，使绘画写字机器人绘画写字时能够实现改变绘画写字颜色深浅、改变笔画力度和使画作更有层次感；同时由于弹性件的存在，弹性件有一定的缓冲作用，落笔时笔与书写纸之间不再是硬性碰撞，避免笔戳破书写纸或弄断笔芯的情况发生。

为了达到上述的目的之二，本实用新型还提供了一种执笔模块，其包括控制器、固定架、驱动机构和上述的具有落笔力度反馈的执笔器；所述滑动架滑动连接在所述固定架，所述滑动架能够相对于所述固定架上下运动，所述驱动机构连接在所述滑动架与所述固定架之间以驱动所述滑动架上下运动；所述驱动机构与所述控制器通讯连接并受控于所述控制器，所述拉力传感器与所述控制器通讯连接。

进一步地，所述驱动机构包括电机、齿轮和齿条；所述电机安装在所述固定架，所述齿轮安装在所述电机的转动输出端，所述齿条固定在所述滑动架，所述齿轮与所述齿条啮合传动。

进一步地，该执笔模块包括两个平行设置的所述具有落笔力度反馈的执笔器，第一个具有落笔力度反馈的执笔器设置有第一齿条，第二个具有落笔力度反馈的执笔器设置有第二齿条，第一齿条和第二齿条分别位于所述齿轮的两侧并与所述齿轮啮合传动。

进一步地，在所述固定架和所述滑动架这两者中，其中一者设置有沿竖直方向延伸的第二滑杆，另一者设置有第二滑槽，第二滑槽滑动连接在第二滑杆。

进一步地，所述电机为直流减速电机。滑动架滑动架滑动架滑动架滑动架

附图说明

图1是本实用新型所提供的具有落笔力度反馈的执笔器的侧视图；

图2是本实用新型所提供的具有落笔力度反馈的执笔器在第一个角度上的立体结构示意图；

图3是本实用新型所提供的具有落笔力度反馈的执笔器在第二个角度上的立体结构示意图；

图4是本实用新型所提供的执笔模块的立体结构示意图；

图5是本实用新型所提供的执笔模块设置有两个具有落笔力度反馈的执笔器时的立体结构示意图。

【附图标记说明】

01-笔；

1-滑动架、11-第一滑槽、12-第二滑槽；

2-拉力传感器、21-固定部、22-悬空部；

3-弹性件、31-弹性件的第一端、32-弹性件的第二端；

4-笔架、41-第一滑杆、42-限位结构；

5-固定架、51-第二滑杆；

61-电机、62-齿轮、63-齿条、631-第一齿条、632-第二齿条。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明创造作详细说明。

为了能够更好地解释本实用新型，在附图所示的执笔器和执笔模块中均夹持有笔01，但应当理解的是，笔01并不属于执笔器和执笔模块的一部分，笔01的是否存在不构成对本实用新型的保护范围的限定。

具有落笔力度反馈的执笔器

本实用新型提供了一种具有落笔力度反馈的执笔器，如图1至图3所示，其包括滑动架1、拉力传感器2、弹性件3和笔架4，笔架4用于夹持笔01；笔架4滑动连接在滑动架1，笔架4能够相对于滑动架1上下运动，拉力传感器2安装在滑动架1，弹性件的第一端31与笔架4连接并跟随笔架4运动，弹性件的第二端32与拉力传感器2连接，拉力传感器2用于测量弹性件3的弹力。

基于上述结构，笔01被夹持在笔架4，在落笔时，由于落笔力度小于指定值，滑动架1被驱动往下运动，在弹性件3的传递下笔架4也往下运动，当笔01触碰到书写纸后，滑动架1继续往下运动，由于笔01被书写纸顶住，使笔01不能再往下运动，在滑动架1继续往下运动的过程中，滑动架1与笔架4之间的距离逐渐增加，弹性件3的变形逐渐增加，弹力也逐渐增加，直到落笔力度到达指定值为止，而弹性件3的弹力与笔01对书写纸的压力成特定的函数关系，通过拉力传感器2测量弹性件3的弹力即可推导出笔01对书写纸的压力，通过实时监控弹性件3的弹力并实时控制滑动架1的上下运动，即可实时控制落笔力度。

相比于现有技术，该种具有落笔力度反馈的执笔器能够实时反馈落笔力度，使绘画写字机器人能够根据落笔力度的需求控制落笔程度，使绘画写字机器人绘画写字时能够实现改变绘画写字颜色深浅、改变笔画力度和使画作更有层次感；同时由于弹性件3的存在，弹性件3有一定的缓冲作用，落笔时笔01与书写纸之间不再是硬性碰撞，避免笔01戳破书写纸或弄断笔芯的情况发生。

在本实施例中，拉力传感器2为应变片压力传感器，应变片压力传感器包括固定部21和悬空部22，固定部21固定在滑动架1，悬空部22悬空并与弹性件的第二端32连接。应变压力传感器可采用现有技术中的应变片式压力传感器，其设置有梁，该梁的上表面和下表面均固定有应变片，当梁发生变形时，应变片也发生变形，应变片的电阻发生改变，通过测量电阻改变的值来得出压力的变化，该压力与弹性件3对梁的拉力成特定函数关系，得出该压力即可得出拉力。该梁的固定端也即上述的固定部21，该梁的活动端也即上述的悬空部22。

在本实施例中，弹性件3为拉簧。当然，也可采用其他形式的弹性件，类似的替换也落入本实用新型的保护范围之内。

在本实施例中，在笔架4和滑动架1这两者中，其中一者设置有沿竖直方向延伸的第一滑杆，另一者设置有第一滑槽，第一滑槽滑动连接在第一滑杆。在本实施例中，在滑动架1中设置有第一滑槽11，在笔架4上设置有第一滑杆41。当然，也可采用其他结构实现滑动连接，如采用滑块与滑轨的配合等，类似的替换也落入本实用新型的保护范围之内。

在本实施例中，第一滑杆41的上下两端均设置有限位结构42。限位结构42用于防止笔架4滑出限定的行程范围。

执笔模块实施例1

本实用新型还提供了一种执笔模块，如图4所示，其包括控制器(图中未示出，该控制器可以是绘画写字机器人上的控制器，也可以是单独设置的控制器)、固定架5、驱动机构和上述的具有落笔力度反馈的执笔器；滑动架1滑动连接在固定架5，滑动架1能够相对于固定架5上下运动，驱动机构连接在滑动架1与固定架5之间以驱动滑动架1上下运动；驱动机构与控制器通讯连接并受控于控制器，拉力传感器2与控制器通讯连接。

基于上述结构，笔01被夹持在笔架4，在落笔时，滑动架1被驱动机构驱动相对于固定架5往下运动，在弹性件3的传递下笔架4也往下运动，当笔01触碰到书写纸后，滑动架1继续往下运动，由于笔01被书写纸顶住，使笔01不能再往下运动，在滑动架1继续往下运动的过程中，滑动架1与笔架4之间的距离逐渐增加，弹性件3的变形逐渐增加，弹力也逐渐增加，而弹性件3的弹力与笔01对书写纸的压力成特定的函数关系，通过拉力传感器2测量弹性件3的弹力并把拉力信息传递给控制器进行运动，即可推导出笔01对书写纸的压力，控制器根据预设的参数通过实时控制驱动机构使滑动架1上下运动，即可实时控制落笔力度。

在本实施例中，驱动机构包括电机61、齿轮62和齿条63；电机61安装在固定架5，齿轮62安装在电机61的转动输出端，齿条63固定在滑动架1，齿轮62与齿条63啮合传动，齿轮62转动即可实现滑动上1上下运动。当然，可以采用其他形式的驱动机构，如伸缩杆、直线电机等，类似的替换也落入本实用新型的保护范围之内。

在本实施例中，在固定架5和滑动架1这两者中，其中一者设置有沿竖直方向延伸的第二滑杆，另一者设置有第二滑槽，第二滑槽滑动连接在第二滑杆。在本实施例中，在滑动架1中设置有第二滑槽12，在固定架5上设置有第二滑杆51。当然，也可采用其他结构实现滑动连接，如采用滑块与滑轨的配合等，类似的替换也落入本实用新型的保护范围之内。

在本实施例中，电机61为直流减速电机。采用直流减速电机可精准控制落笔和提笔。

执笔模块实施例2

在本实施例中，除了具有落笔力度反馈的执笔器的数量不同于实施例1以外，其他同实施例1。在本实施例中，如图5所示，执笔模块包括两个平行设置的具有落笔力度反馈的执笔器，第一个具有落笔力度反馈的执笔器设置有第一齿条631，第二个有落笔力度反馈的执笔器设置有第二齿条632，第一齿条631和第二齿条632分别位于齿轮62的两侧并与齿轮62啮合传动。

基于上述的结构，当其中一支笔出现断芯、笔尖变得钝平、笔墨耗尽等情况时，通过驱动齿轮齿条的运动，可调整两支笔的高度的，实现用另一支笔继续绘画写字，这样可减少绘画写字过程中被迫中断的次数和避免由于人为的换笔操作造成绘画写字路径的混乱或丢失。

在不冲突的情况下，上述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明创造的技术方案，而非对本发明创造保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明创造作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明创造的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明创造技术方案的实质和范围。