Ontwerp van een brailledisplay

ONTWERP VAN EEN BRAILLEDISPLAY

N.R. Kemper

TR diss

ONTWERP VAN EEN BRAILLEDISPLAY

Proefontwerp

ter verkrijging van de graad van doctor in de technische wetenschappen

aan de Technische Hogeschool Delft, op gezag van de

Rector Magnificus, prof.dr. J . M . Dirken,

in het openbaar te verdedigen ten overstaan van

het College van Dekanen op donderdag 26 juni 1986 te 16.00 uur

door

NICOLAAS RUDOLF KEMPER

geboren te Leiden

Werktuigkundig ingenieur

TR diss ^

1497

Dit proefontwerp is goedgekeurd door de promotor Prof.Dr. D. de Jong

STELLINGEN

behorend bij "Ontwerp van een brailledisplay".

1. Het ergonomische onderzoek naar alternatieven voor het gebruikelijke mechanische reliëf als contrastmiddel voor een blindendisplay is van groot belang voor het in de toekomst beschikbaar maken van grote displays.

2. Het principe van scheiding van informatie- en energiestroom tot in het mechanische domein kan ook toegepast worden voor snelle servomechanismen.

3. Om een juiste toepassing van stappenmotoren te bevorderen verdient het aanbeveling om in de specificatie ook de momentane torsieveerstijfheid van de motor bij stil-stand te vermelden.

4. Bij toepassing van een strengelveerkoppeling moet men er op bedacht zijn dat dit constructie-element niet in staat is om kinetische energie te dissiperen.

5. Om gelijkstroommotoren onderling te vergelijken voor het aandrijven van een massa bij snelle start-stopbewegingen, is de waarde van J /M een goede maatstaf.

Deze waarde is evenredig met de bereikbare opzettijd.

J is het massatraagheidsmoment van de rotor en M is het moment dat de motor continu kan leveren. Belangrijke uitgangspunten daarbij zijn dat de overbrengingsverhouding ongeveer optimaal gekozen kan worden en dat de overbrenging zelf niet een belangrijk deel van de belasting vormt.

6. Om de toepasbaarheid van kogelomloopmoeren als transmissie-element in snelle servo-mechan ismen te verbeteren, moeten deze moeren met een aanzienlijk grotere spoedhoek beschikbaar zijn dan gebruikelijk is.

7. Als gevolg van de toepassing van micro-elektronica wordt de nauwkeurigheid van een informatieomzetter in toenemende mate begrensd door de reproducerendheid van het mechanisme. Kennis over en toepassing van goed reproducerende constructie-elementen en daartoe leidende constructieprincipes zijn daardoor in toenemende mate van be-lang.

8. Doordat het bij het gebruik van numerieke simulatietechnieken niet meer nodig is het model eenvoudig te houden, bestaat het gevaar dat het inzicht in de samenhang van de numerieke resultaten verloren gaat. Dit kan alleen voorkomen worden door daarnaast ook een eenvoudig, en daardoor inzichtelijk, model op te stellen.

9. Er wordt veel te weinig door constructeurs gebruik gemaakt van krachtige numerieke ontwerphulpmiddellen, zoals eindige elementenprogramma's.

Het verlagen van de gebruiksdrempel, bijvoorbeeld door sterk "afgeslankte" en zeer eenvoudig te bedienen versies van de programma's in roulatie te brengen, zal maken dat deze programma's werkelijk ontwerpgereedschap zijn.

10. De waarde van het opstellen van keuzematrices bij het ontwerpen is meer gelegen in het feit, dat men daarmee een document samenstelt waarmee anderen op de hoogte kunnen worden gebracht van een aantal argumenten voor een ontwerpbeslissing, dan in de beïnvloeding van de ontwerpbeslissing zelf.

11. De continuïteit van een werkeenheid binnen een Technische Hogeschool is een voor-waarde voor een effectieve samenwerking tussen bedrijfsleven en Technische Hogescho-len.

12. Het bestuderen van de hersenfunctie door middel van een E.E.G. vertoont een analogie met het bestuderen van het functioneren van een computer met een slecht afgestemde radio.

13. De aanbeveling die de fabrikant van een bepaald ongediertebestrijdingsmiddel doet om het middel toe te passen "bij voorkeur né regen, tegen de avond, als er een zachte

nacht en enige dagen droog weer verwacht wordt" en aanraadt na één of twee weken de toepassing te herhalen, kan zonder wijziging van de feitelijke betekenis vervangen worden door de aanbeveling het middel bij voorkeur niet toe te passen.

Inhoud

INHOUD

1. Inleiding

1.1 B r a i l l e als medium voor i n f o r m a t i e p r e s e n t a t i e 1.2 Huidige s i t u a t i e

1.3 Overzicht

2 . Ontwerpbeschriiving 2 . 1 Ontwerpdoel

2.2 Opbouw en werking van het mechanisme 2.2.1 Tastvlak

2.2.2 Schrijfmechanisme 2.2.3 Besturing

3. Ontwerpmot i ver i nq

3.1 Keuze van de apparaatstructuur 3.1.1 Bewerkingen

3.1.2 Volgorde

3 . 1 . 3 Achtergronden van de keuze voor schema c 3.2 Keuze van het ordeningsmechanisme

3 . 3 Keuze van de i n t e r a c t i e o m z e t t e r - b r a i l l e p u n t 3.4 Keuze van de bedieningswijze van de s e l e c t i e w i

4 . R e a l i s a t i e

4.1 Algemene constructieve aspecten 4.2 Produktietechnische aspecten 4.3 Geometrische aspecten

4.4 Dynamische en elektromechanische aspecten 4.4.1 Omklapbeweging

4.4.2 Interactie van pennen en wiggen 4.5 Besturingsaspecten

5. Resultaat

5.1 Ontwerpdoelen 5.1.1 Bedieningskrachten

5.1.2 Insteltijd en toepassing; cursorfunctie 5.1.3 Specificaties (zie fig. 5.5)

5.2 Produktierijp maken

5.2.1 Levensduur van de knikveren 5.2.2 Selectiebetrouwbaarheid 5.2.3 Afwerpbetrouwbaarheid 5.2.4 Conclusie, samenvatting 5.3 Toegepaste ontwerpprincipes

Inhoud

pagina Appendices

App. 4.1: Toleranties en maatketens 129

App. 4.2: Omklapbeweging 132 App. 4.3; Elektrisch analogon van het magneetcircuit 135

App. 4.4: Knikveerverjongingen 137 App. 4.5: Levensduur informatie uit proeven 139

App. 4.6: Constructietekeningen 146

Samenvatting 149 Summary 151 Referenties 153

1. Inleiding

1

1. Inleiding

Een beeldscherm wordt door zienden gebruikt voor zeer uiteenlopende toepassingen. Met name de presentatie van tekst en grafische informatie is in toenemende mate van belang. Vooral in combinatie met een computer vormt een beeldscherm een veelzijdig communicatiemiddel, waarmee direct toegang kan worden verkregen tot "elektronische" informatie.

Omdat er geen volwaardig alternatief voor blinden bestaat hebben blinden zeer beperkte toegangsmogelijkheden tot deze papierloze vorm van infor-matie.

De beste mogelijkheid wordt geboden door brailledisplays. Dit zijn apparaten die de voor blinden bekende braillecode gebruiken om informa-tie leesbaar te maken. De gepresenteerde tekst is op commando van elek-trische signalen te wijzigen of te wissen. De functie van zo'n apparaat is vergelijkbaar met die van een beeldscherm, maar vooralsnog zijn er vele beperkingen.

Dergelijke apparatuur is commercieel verkrijgbaar. De apparatuur presen-teert meestal weinig karakters (variërend van 12 tot 32, in enkele gevallen 80) en is zeer kostbaar (prijs in de orde van enkele tiendui-zenden guldens). De apparatuur is ook niet altijd bedrijfszeker. Boven-dien is de verkrijgbaarheid (levertijd!) slecht.

De belangrijkste oorzaak is het feit dat de markt voor brailleapparatuur klein is, zodat ontwikkelinspanningen moeilijk terugverdiend kunnen worden.

Deze situatie was in 1979 aanleiding om in de sectie Fijnmechanische Techniek van de Afdeling der Werktuigbouwkunde van de Technische Hoge-school Delft een anderzoek te starten naar betere constructieprincipes voor een dergelijk brailledisplay. Uitgaande van de bestaande contacten met de blindenwereld, en de ervaringen met de eerder binnen de sectie

ontwikkelde brailleregeldrukker (ref. [1], Westland) is het hier gepre-senteerde ontwerp ontstaan.

Om de lezer meer inzicht te verschaffen in het doel en toepassingsgebied van een brailledisplay zal nu een beschrijving gegeven worden van de

2 1 . I n l e i d i n g

HET NEDERLANDSE ALFABET (de opgevulde punten vormen de letters)

•o »o • • • • ao • • • • «o o* o* «o «o • • • • «o • • • • ao oa o* «o ao oa • « • • »o oo ao oo oa oa ao aa aa ao aa oo ao oo oa oa ao aa aa ao aa oo ao aa oo oa oa oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo «o «o «o ao ao ao ao ao ao «o • • • • o* • • • • • •

a b c d e f g h i j k I m n o p q r s t u v w x y z

samentrekkingsteVens: • • • • o* «o cijfers met o a a o a o a a a a a o a a v a a o o a o a O* oa ao o* cijfer teken: o* oo a o o o o a o a a o a a a a a o a a

oa • • oa oa • • o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o c h i j o e s c h 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 deel- en accent-: oa * • aa oa ao 90 ao aa • • «o ao oa oa — a«

tekens: oa ao aa *o aa 00 ao 00 oa oa •& ao aa ao aa ao oa oa oa oa oa oa oa oa oa • • aa aa a« aa a ë r ö ü é é r ó ü è è i i c é leestekens: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 bijzondere oa ao ao %* »• ao aa aa m* ao oa oa tekens- ° * 00 ao 00 oa oa ao aa •• aa aa ao »•

cijferteken, /in tekst, breukstreep

apostrofe, cursiefteken, - , klemtoonteken herstelteken, versregel teken, paragraafteken. 00 oa oa

oa 00 oa oa oa 00 taalwissefteken, hoofdletterteken, permanent hoofdletterteken.

fig. 1.1: De door de overkoepelende blindenorganisatie "Vereniging Het Nederlandse Bündenwezen" (V.N.B.W.) voorgeschreven braille-code.

betekenis van braille, en de stand van zaken op het gebied van papier-loos braille.

1.1 Braille als medium voor informatiepresentatie

Braille is een reliëfschrift, dat bestaat uit braillepunten, bolvormige verhogingen op een vlakke ondergrond.

De letters bestaan uit maximaal zes punten die in een 2 x 3 matrix geplaatst zijn (fig. 1.1). Oorspronkelijk werden de punten vanaf de achterzijde in zwaar papier gedrukt met behulp van een pen en een ma-trijs (reglette).

Bij de toepassing in displays zijn ook zogenaamde achtpunts- en vierpuntsbraille ontstaan.

Het achtpuntsbraille is ontstaan omdat bij het presenteren van o.a. computeruitvoer de zespuntscode geen één op één vertaling van de

karak-1. Inleiding

3

ters toestaat. De extra punten worden zonodig onder het normale zes-puntsteken geplaatst, zodat er geen sprake is van een geheel ander schr i f t.

Bij de presentatie van cijfers geldt het omgekeerde: aangezien de codes voor de cijfers 0 t/m 9 uit slechts 4 punten bestaan, kan volstaan worden met een display dat slechts deze 4 punten weergeeft. Dit is bijvoorbeeld het geval bij het uitlezen van rekenmachines.

Voor de afmetingen van het braille wordt in het hier te presenteren ontwerp uitgegaan van de in fig. 1.2 weergegeven afmetingen.

Braille neemt een centrale plaats in bij de tactiele overdracht van informatie aan blinden. Het schrift wordt internationaal gebruikt. Ondanks het ontbreken van een wereldwijde standaardisatie van de afme-tingen en coderingen zijn de verschillen in de diverse taalgebieden niet wezenlijk. Het schrift is kennelijk geaccepteerd als communicatiemiddel. Het ligt daarom voor de hand om een apparaat dat een alternatief moet zijn voor displays en beeldschermen zodanig uit te voeren dat de

presen-tatie een grote overeenkomst vertoont met brailleschrift. Bij deze keuze dienen echter nog wel een aantal kanttekeningen gemaakt te worden.

0,5 6,0 2,t|

O O

o o

0 O

o o

o o

O 0

o o

Ö O

o o

o

o

o

o o

o

o

0 O

o

o

o o

o

o

0

o

o

fig. 1.2: Brailleafmetingen volgens ref. [ 1 ] , Westland.

4 1 . Inleiding

1.1.1 Braille en zwartschrift

Een brailledisplay mag niet zonder meer vergeleken worden met een display of beeldscherm. De belangrijkste reden daarvoor is dat braille ook niet zomaar vergelijkbaar is met gewoon schrift, dat in dit verband gewoonlijk zwartschrift wordt genoemd.

Drukwerk in brailleschrift is duur en slecht verkrijgbaar. De aanmaak is veelal omslachtig (handwerk) en tijdrovend. . Brailledrukwerk is on-evenredig zwaar, omvangrijk en kwetsbaar, heeft een beperkte gebruiks-duur (slijtage), en is slechts langzaam en pas na zeer intensieve trai-ning leesbaar.

Deze factoren hebben ertoe bijgedragen dat het schrift nooit zo'n be-langrijke plaats heeft ingenomen als zwartschrift bij zienden. Met name het moeizame leerproces is er de oorzaak van dat slechts ca. 10 % van de

zwaar visueel gehandicapten (in Nederland ca. 2000 van de minstens " 20000, ref. [2], Soede) het brailleschrift kan lezen. 8054 van de visueel

gehandicapten loopt zijn handicap pas op latere leeftijd op als gevolg van ziekte of ouderdom. Het is dan zeer moeilijk alsnog braille te leren lezen.

In hoeverre de onhandelbaarheid en slechte verkrijgbaarheid de motivatie om braille te leren lezen beïnvloedt is moeilijk na te gaan. Dit kan belangrijke gevolgen hebben voor de toekomstige toepasbaarheid van brailledisplays, maar het toepassingsgebied van brailleapparatuur, en dus ook van een op braille gebaseerd display, is op dit moment zeer beperkt.

1.1.2 Directe tactiele presentatie

Tactiele informatieoverdracht kan ook zonder braille plaatsvinden. Er is bijvoorbeeld een commercieel verkrijgbaar produkt (Optacon, ref. [6], TSI) dat blinden in staat stelt zwartschrift om te zetten in tactiele informatie zónder dat er braille aan te pas komt.

Het apparaat is voorzien van een matrix van pennen (12 x 12) die in trilling gebracht kunnen worden. De pennen staan zó dicht opeen dat zij met één vingertop uitgelezen kunnen worden. Het patroon van trillende pennen wordt rechtstreeks afgeleid van het zwart-wit contrast in het

1. Inleiding

fig. 1.3i Aftasten van beeldscherminformatie met behulp van de Optacon.

gezichtsveld van een miniatuurcamera. Omdat de resolutie van de vinger klein is omvat het beeldveld ca. één karakter. De camera kan door de blinde met de vrije hand gemanipuleerd worden om de zwart-wit informatie af te tasten.

Dit systeem is bruikbaar voor laat-blinden, en maakt zelfs aftasting van informatie van gewone beeldschermen mogelijk. (Zie fig. 1.3) Ondanks deze kenmerken, en de waarschijnlijk grotere mogelijke gebruikersgroep

is deze wijze van informatieoverdracht niet goed bruikbaar als alterna-tief voor visuele displays.

Het apparaat is echter wél een welkome aanvulling op de bestaande moge-lijkheden.

6

1.1.3 Argumenten v66r braille

Ondanks het relatief geringe gebruik van braille, is dit schrift toch gekozen als uitgangspunt voor het display.

Daarbij is niet alleen de codering overgenomen, maar ook een reliëf als "contrastmiddel".

De nu volgende overwegingen hebben daartoe geleid:

De brailletekens zijn doelbewust zó gevormd dat zij tastend goed herkenbaar zijn. Dit in tegenstelling tot zwartschriftkarakters: een visueel goed herkenbare vorm is niet noodzakelijk ook tactiel bruikbaar. Het schrift is door een blinde ontwikkeld, al zo'n 150 jaar bij blinden in gebruik, en dus een echt blindenschrift.

Hoewel er vele andere blindenschriften bestaan, is braille uniek wat betreft de (zelfs internationale) infrastructuur en algemene acceptatie (ref. [3], v.d. Burght). De uiterst eenvoudige fabrica-gemethode heeft hier overigens in belangrijke mate toe bijgedragen. Braille heeft alle wezenlijke kenmerken van een schrift. De opbouw van een bladzijde braille is geheel vergelijkbaar met gewoon schrift: karakters, woorden, regels, zinnen, alinea's. Deze

struc-tuur heeft dezelfde functie als de lay-out van zwartschrift. Braille is geen sequentiële reeks karakters, maar een tweedimen-sionale afbeelding die op dezelfde manier verwerkt wordt als gewone tekst (ref. [4], Mommers).

Vooral goede braillelezers lezen met meerdere vingers van zelfs twee handen. Het op die manier ontstane overzicht maakt dat braillelezen hetzelfde soort comfort en duidelijkheid geeft als gewoon lezen. Dit in tegenstelling tot de (uit één letter opgebouw-de) lichtkrantachtige presentatie van de optacon, en het voorbij-gaande karakter van voorgelezen tekst.

Vroegblinden zijn voor hun ontwikkeling sterk afhankelijk van braille. Zij groeien op in een omgeving waarin d.m.v. braille moeizamer, maar toch volwaardig lezen en schrijven geleerd kan worden. Doordat het leren lezen zoveel moeite kost, is het voor een braillelezer erg ingrijpend als van het vertrouwde beeld wordt afgeweken. Zelfs de ogenschijnlijk onbetekenende overgang van

pa-1. Inleiding 7

pier naar kunststof als medium wordt door veel blinden als onaange-naam ervaren.

Andere "contrastmiddelen" dan een mechanisch reliëf zijn daarom moeilijk in te voeren. Een voorbeeld is het mislukken van de introduktie van het zg. ajourbraille ' ) . De braillepunten zijn hier voelbaar doordat een gat in het papier een fluwelige onderlaag voelbaar maakt. Het "vreemde" karakter van dit contrast heeft vermoedelijk mede de weerstand van blinden(-organisaties) tegen dit systeem gevoed.

In dit licht is het twijfelachtig of de vooral technisch zeer aantrekke-lijke elektrostatisch opgewekte ruwheidsperceptie als contrastmiddel voor een display gebruikt kan worden. Deze veelbelovende methode is onderzocht in de vakgroep elektronica van de afdeling Elektrotechniek van de TH Delft. Helaas is na een eerste oriënterend onderzoek de draad nog niet weer opgenomen (ref. [5], Hemelrijk). De ruwheidssensatie wordt in dit geval in een over een isolerend oppervlak bewegende vinger opge-wekt, doordat zich daar dicht onder een wisselspanning voerende geleider bevindt. Wisselende elektrostatische aantrekkingskrachten veroorzaken dit gevoel. De methode is vooral bekeken met het oog op de presentatie van grafische informatie, maar is ook bij uitstek geschikt voor het realiseren van grote displays voor tekst. Zeker op lange termijn is het onderzoek naar dergelijke alternatieven voor het mechanische reliëf hoopgevend en van groot belang.

De kans dat een onbekend apparaat werkelijk een plaats krijgt in het leefpatroon van blinden is groter naarmate het gepresenteerde braille in elk opzicht minder van gewoon braille afwijkt.

Bij de diverse blindenorganisaties bestaat daardoor allang de overtui-ging dat het best bruikbare display voor blinden een omvang heeft van een gewoon blad braille, en zo normaal mogelijk brailleschrift presen-teert (ref. [2], Soedej ref. [6], Resus).

8

1.2 Huidige situatie

De behoefte aan apparatuur die elektronisch gestuurd, en zonder verbruik van papier teksten leesbaar voor blinden presenteert is ontstaan omdat:

Een aantal bezwaren van klassiek braille daarmee ondervangen kan worden: de geringe informatiedichtheid, de hoge papier- en aanmaak-kosten.

Ook zienden steeds meer gebruik maken van "vluchtige" informatie-presentatie. De blinde raakt daardoor achterop wat betreft zijn mogelijkheden kennis te nemen van zo gepresenteerde informatie. Dit is zowel voor privé als voor beroepsmatig van belang zijnde infor-matie het geval. Blinden kunnen daardoor steeds slechter deelnemen aan het gewone informatieverkeer.

1.2.1 Zienden

Papierloze informatie is in een aantal verschijningsvormen van belang voor zienden.

Display: Presentatie van steeds wisselende (getal-)waarden, zoals in rekenmachines, uurwerken, kassa's, bedieningspanelen enz, Vooral voor draagbare apparatuur bestaan zeer compacte vormen hiervan. De omvang beslaat tot ca. 10 karakters.

Regeldisplay: Een regel informatie, opgebouwd uit enkele tientallen alfanumerieke karakters, wordt in één display gepresenteerd. Toepassingen: eenvoudige tekstverwerkers, zakcomputers.

Beeldscherm: Presentatie van informatie waarbij een groter "over-zicht" vereist is. Meestal enkele duizenden karakters, vooral bij professioneel gebruik. In dat geval is er meestal ook de nodige aandacht voor beeldkleur, omgeving en gebruiksduur. Ook grafische informatie wordt steeds vaker op een beeldscherm gepresenteerd. In vele beroepen is het beeldscherm een routinematig gebruikt hulpmid-del.

1. Inleiding

9

1.2.2 Braillegebruikers

Al deze informatiebronnen zijn ontoegankelijk voor blinden. Een alterna-tief dat goede gebruiksmogelijkheden lijkt te hebben voor vooral de "korte" boodschappen is de spraaksynthese.

Korte brailledisplays worden ook toegepast als uitlezing voor rekenma-chines.

In de enkele gevallen dat apparatuur voor blinden is uitgerust met een display is dit meestal van zodanig bescheiden omvang dat in feite sprake is van een regeldisplay.

De functie van zo'n display is echter wel degelijk vergelijkbaar met die van een gewoon beeldscherm. Dergelijke kleine displays worden vooral gebruikt in brailletekstverwerkers. In stationaire toepassingen wordt bijvoorbeeld een gewone elektronische schrijfmachine en/of beeldscherm-terminal aan het apparaat gekoppeld. Bij stationaire toepassingen wordt ook vaak een floppy-disk als opslagmedium gebruikt. Het aantal gepresen-teerde karakters loopt dan uiteen van 40 tot 80.

Een andere vorm van gebruik wordt gesuggereerd door diverse fabrikanten, die draagbare apparaten (zie fig. 1.4) op de markt brengen. Het display is dan kleiner (20 tot 32 karakters) en de opslag vindt plaats op een cassettetape, waarop soms ook geluid kan worden opgenomen. Deze uitvoe-ring maakt het gebruik als notitie- en leesapparaat mogelijk, en is in een aantal opzichten een alternatief voor huidig braillegebruik, ook voor correspondentie.

Een elektronische brailleschrijfmachine, uitgerust met een display kan voor veel blinden een uiterst nuttig hulpmiddel zijn: een ingevoerde regel kan gecontroleerd worden vóór dat deze onuitwisbaar op kostbaar braillepapier wordt afgedrukt.

Deze opsomming geeft wellicht de indruk dat blinden al gebruik maken van dergelijke displays. Dit is echter slechts waar voor een handvol mensen, die in een proefsituatie gebruik maken van deze apparatuur

Merknaam

AES/Telefunken ') ref. [A]

A I D Electronic ref. [BJ Clarke & Smi th

ref. [C] Papenrnever ref. [D] Schönherr >) ref. (E) Triformation ref. [F] TSI ref. [G] Produktnaam Viditel Braille Terminal Braillocord Brailink Braillex C Braillex 0 BD 40 BD sa Digicassette Versabraille Display-lengte 40 32 48 32 40 40 *) 80 *) 20 20 Gewicht (kg)

—

—

Bedoeld als onderdeel van groter systeem Elinfa-displav ref. [IJ Meestverkocht apparaat

O fabriceert ook andere combinaties met displays. 2) 8-punts-display.

3) stationair: niet bedoeld om te verplaatsen, transportabel: kan eenvoudig verplaatst worden,

draagbaar: is bedoeld om mee te nemen, bijv. voor notities, net: werkt op netspanning.

accu: werkt op accu's.

1. Inleiding

11

1.3 Overzicht

De opbouw van de volgende hoofdstukken is als volgt:

In hoofdstuk 2 wordt het gestelde ontwerpdoel beschreven, en de werking van de constructie waartoe dit geleid heeft.

Hoofdstuk 3 geeft een gestileerde beschrijving van de manier waarop het doel heeft geleid tot de constructie. Ook wordt aandacht geschonken aan mogelijke alternatieven.

Hoofdstuk 4 geeft een beschrijving met technische achtergronden van de constructie.

Hoofdstuk 5 is een evaluatie van het bereikte resultaat met een over­ zicht van de stappen die nog gedaan moeten worden om het ontwerp produk-tierijp te maken.

2. Ontwerpbeschrijving

13

2. Ontwerpbeschriiving

Uitgaande van de in hoofdstuk 1 behandelde algemene achtergronden, en in samenhang met de meer technische motieven die verderop behandeld worden, is de constructie ontworpen die in dit hoofdstuk beschreven wordt. Deze beschrijving is de referentie waartegen diverse alternatieve construc-ties in het volgende hoofdstuk worden afgezet. Op die punten in de tekst, waar gesproken wordt over het "onderhavige ontwerp", wordt het hier beschreven ontwerp bedoeld.

Na de formulering van het ontwerpdoel volgt een bespreking van de wer-king en van mogelijke constructieve uitvoeringen.

2.1 Ontwerpdoel

De overwegingen uit het vorige hoofdstuk zijn samengevat in eisen waaraan het ontwerp moet voldoen. Deze paragraaf behandelt hoe deze eisen zijn vertaald in uitgangspunten voor het ontwerp.

De voor dit ontwerp specifieke eisen zijn:

Het apparaat moet in samenwerking met gebruikelijke of speciale informatieverwerkende apparatuur voor blinden leesbare informatie presenteren. (2.1.1)

Het apparaat moet dit doen door middel van een voelbaar reliëf dat in afmetingen overeenkomt met het bestaande brailleschrift. (2.1.2) Het apparaat moet relatief veel tekst kunnen weergeven: verge-lijkbaar met de grootste commercieel verkrijgbare brailledisplays of groter. (2.1.3)

De insteltijd moet vergelijkbaar zijn met die van commercieel verkrijgbare apparatuur. (2.1.4)

14

Daarnaast komen ook de volgende meer algemene eisen aan de orde:

Het apparaat moet goed te produceren zijn, en zo eenvoudig mogelijk van opbouw. (2.1.5)

De betrouwbaarheid moet hoog zijn. (2.1.6)

2.1.1 Communicatie met omringende apparatuur

Een brailledisplay zal altijd gebruikt worden in combinatie met andere apparatuur, en zal zelfs vaak niet als afzonderlijk apparaat beschouwd kunnen worden.

Er zijn vele apparatuurcombinaties denkbaar waarin een brailledisplay opgenomen is. Omdat de ontwikkeling van apparatuur, waarin braille-display s opgenomen (zullen) zijn nog in volle gang is, is gekozen voor het ontwerp van een zelfstandige eenheid (OEM-unit). Deze is dan ge-schikt om ingebouwd te worden in een willekeurig te fabriceren appa-raat, bijvoorbeeld een terminal of een tekstverwerker.

Het is dus geen op zichzelf staand apparaat. Het aantal toepassingsmoge-lijkheden wordt daardoor verruimd. Het is dan wel belangrijk dat een zeer flexibele communicatie met dit constructie-elemsric en de overige delen mogelijk is.

Zowel voor de interne besturing als voor dit communicatieaspect is de besturing uitgevoerd met behulp van een microprocessor.

2.1.2 Het gepresenteerde schrift

Om de redenen die in hoofdstuk 1 genoemd zijn is de uitvoering zodanig dat er geen belangrijke geometrische verschillen met gewoon braille zijn. Voornamelijk om (fabricage-) technische redenen is gekozen voor kunststof braillepunten. Het eigenlijke tastvlak is ook uitgevoerd in kunststof, maar er kan vrij eenvoudig ingespeeld worden op eisen van gebruikers in dit opzicht.

Er is niet gekozen voor een specifieke implementatie van het schrift: 6-of 8-puntsbraille kunnen beide gepresenteerd worden en zonodig kan het apparaat in verband met de kostprijs speciaal voor één van deze braille-codes uitgerust worden, afhankelijk van gebruikerswensen.

2. Ontwerpbeschrijving

15

De hoogte van de braillepunten is om technische redenen niet instelbaar, maar kan wel van te voren bij de fabricage op eventuele wensen van de gebruikers afgestemd worden.

2.1.3 Pisplav-omvang

Het formaat van het display in de onderhavige uitvoering is door twee overwegingen bepaald:

Er is behoefte aan goedkope grote displays (1 a 2 regels van 40 karakters), met name omdat de huidige systemen hiervoor niet met redelijke kosten te fabriceren zijn. De onderhavige constructie is daarom bedoeld om grote displays samen te kunnen stellen.

Er is niet gestreefd naar de omvang van een volledig paginadisplay. Het is niet realistisch te veronderstellen dat met succes in één keer de sprong van een regeldisplay naar een paginadisplay met vergelijkbare kostprijs te maken is.

Om het toepassingsgebied te verruimen, is voorzien in de mogelijkheid de displayomvang zonder gebruikmaking van andere onderdelen binnen zekere grenzen vrij te kiezen. Hier wordt in 2.2.1 dieper op in gegaan.

2.1.4 Insteltijd

Het onderhavige ontwerp is in alle opzichten voor de gebruiker verge-lijkbaar met bestaande apparatuur, behalve wat betreft de eigenschap die "schrijftijd" of "insteltijd" genoemd wordt. Alle commercieel verkrijg-bare displays zijn in principe puntsgewijs instelbaar: bij een geschik-te uitvoering van de elektronica is het bij allemaal in principe moge-lijk een individuele punt te sturen zonder andere te beïnvloeden.

Bij het onderhavige ontwerp is daar van afgezien: een groter display kan goedkoper gerealiseerd worden als deze eigenschap niet dwingend vereist is.

Er is gekozen voor het principe van een passief tastvlak met een bewe-gende wagen (zie 2 . 2 ) . Het feit dat men daardoor bij iedere tekstwij-ziging het (afhankelijk van de uitvoering) hele display of een hele regel moet wijzigen, en dat deze wijziging een zekere tijd in beslag

16

neemt, kan een reden zijn dat het display wat moeilijker door de blinden (-organisaties) geaccepteerd wordt.

Om dit bezwaar te beperken zijn de volgende eigenschappen nagestreefd:

Tijdens het wisselen van de tekst blijft de oude tekst leesbaar. Er is nagestreefd dat bij het wijzigen van enkele karakters de tekst praktisch continu leesbaar blijft. (De storing duurt op een bepaal-de plaats in bepaal-de tekst ca. 10 m s ) .

De totale vervangingstijd van een regel of het gehele display (afhankelijk van de uitvoering) is van de orde van de menselijke reaktietijd: 0,25 s ' ) . Daarmee wordt bereikt dat de lezer nooit het gevoel zal hebben op de tekst te moeten wachten, temeer daar de eerste tien karakters al na ca. 0,1 s verschenen zijn.

2.1.5 Prijs

Uit het feit dat de huidige apparatuur te wensen overlaat kan waarde-volle informatie geput worden. Het feit dat de kostprijs bij grote displays ontoelaatbaar hoog is was de directe aanleiding voor dit onder-zoek: het zoeken van een alternatieve constructie die wezenlijk goed-koper is.

i) Overigens is deze tijd vergelijkbaar met de insteltijd van een display volgens ref. [E], Schönherr, met standaard elektronica: door multiplexen van de vermogenselektronica ontstaat daar bij herschrijven van de hele regel een vergelijkbare wachttijd. Voor zover bekend wordt deze niet als storend ervaren, (ref. [E] geeft 100 tekens per seconde op als schrijfsnelheid, vergelijkbaar met 0,4 s wachttijd voor een regel in de onderhavige constructie).

2. Ontwerpbeschrijving

₁₇

2.1.6 Betrouwbaarheid

De andere problemen die zich voordoen zijn echter minstens even be-langrijk.

Met name het probleem van een verstoring van de werking door vervuiling van het mechanisme is bekend bij gebruikers van deze apparatuur..

Een maatregel die vaak genomen wordt om dit probleem te omzeilen is het afdekken van het display met een dun, soepel materiaal (bijvoorbeeld een kunststoffolie of fijn weefsel). Een probleem daarbij is dat deze laag tussen vinger en braillepunt vaak als zeer storend wordt ervaren, zodat de folie dan toch verwijderd wordt.

In het onderhavige ontwerp is rekening gehouden met het gebruik zonder folie door de volgende maatregelen te nemen:

De instelkrachten in het mechanisme zijn een orde groter dan die in apparatuur, die bekend staat om het optreden van dit probleem. De vormgeving van in dit opzicht kwetsbare onderdelen is zó dat vuil zich niet kan ophopen. Ook deze maatregel is in 'probleem-displays' niet genomen.

Een ander aspect van de betrouwbaarheid betreft de levensduur en servicemogelijkheden. Een modulaire opbouw vergemakkelijkt de service, en is daarom nagestreefd.

18

2.2 Opbouw en werking van het mechanisme

Het onderhavige ontwerp is opgebouwd uit drie afzonderlijk te beschouwen deelconstructies: het tastvlak, het schrijfmechanisme en de besturing.

Het tastvlak is het element dat niet alleen in staat is het bedoelde braillepatroon te presenteren, maar het ook vast te hou-den. Het reliëf wordt gevormd door tastelementen, die volharden in een door het schrijfmechanisme opgedrongen stand. Deze deelcon-structie is volkomen passief: er wordt tijdens het presenteren geen energie toegevoerd.

Het schrijfmechanisme bevindt zich onder het tastvlak en voorziet dit van tekst. Zowel het tijdstip van schrijven als het aan te brengen braillepatroon worden bepaald door de besturing, zodat dit schrijfmechanisme opgevat kan worden als de elektromechanische interface tussen de besturingselektronica en het mechanische tastvlakgeheugen.

De besturing verzorgt de interne dataverwerking in het apparaat. Hieronder wordt zowel het manipuleren van de besturingsinformatie voor het schrijfmechanisme (inclusief elektrische versterking e.d.) als het behandelen van binnenkomende informatie van de aangesloten apparatuur verstaan. Bij het ontwerp van het mechanische deel is gebruik gemaakt van de mogelijkheden die de elektronische (micro-processor) besturing biedt.

2.2.1 Tastvlak

Het tastvlak bestaat uit een frameconstructie waarop zich een geperfo-reerde bovenplaat bevindt en waarin een aantal modulen is geplaatst. De modulen bevatten kunststof tastelementen, die naar behoefte óf

ca. 0,5 mm door de bovenplaat heensteken en dan voelbaar zijn, óf zich juist onder het oppervlak bevinden.

2. Ontwerpbeschrijving 19

Terminologie

Vanaf d i t punt zal in plaats van het neutrale "tastelement0 vaak

" b r a i l l e p e n " of het kortere "pen" gebruikt worden.

" B r a i l l e p u n t " of "punt" wordt gehanteerd als een abstracter en ruimer begrip. Het woord wordt gebruikt wanneer het basiselement bedoeld wordt waaruit het schrift. i s opgebouwd ( i n de p r a k t i j k het tastbare halve b o l l e t j e ) , maar ook wanner het hele mechanisme dat de presentatie van d i t ene b o l l e t j e verzorgt bedoeld wordt. Daar waar d i t tot verwarring zou kunnen l e i d e n i s een nauwkeuriger omschrijving gegeven.

De bovenzijde van de pennen i s enigszins verschoven ten opzichte van het e i g e n l i j k e penlichaam. Door i n opeenvolgende modulen de pennen omgekeerd te monteren i s bereikt dat de modulen op o n d e r l i n g g e l i j k e afstanden gemonteerd kunnen worden, t e r w i j l in het boven-vlak de penkoppen in r i j r i c h t i n g in het normale b r a i l l e p a t r o o n staan. (De vorm van de pennen i s sterk g e s t i l e e r d )

20 2 . Ontwerpbeschrijving

M o d u u l z i j p l a t e n , tastelementen en veer-plaat z i j n zó gevormd dat de pen twee s t a b i e l e standen kan innemen: voelbaar (A) en n i e t voelbaar ( B ) .

De weergegeven pennen z i j n p r o t o t y p e ­ exemplaren, d i e door middel van frezen z i j n vervaardigd. De u i t e i n d e l i j k toe te passen pennen worden door s p u i t g i e t e n vervaardigd, en worden uitgevoerd met bovenaan een c i l i n d r i s c h deel. (Zie f i g . 4.4)

f i g . 2 . 2 : Opbouw van het t a s t v l a k , d e t a i l .

2 . 2 . 1 . 1 Opbouw en w e r k i n g van de modulen

De modulen bestaan i n p r i n c i p e u i t twee van gaten v o o r z i e n e p l a t e n , d i e op een v a s t e o n d e r l i n g e a f s t a n d worden gehouden. H i e r t u s s e n z i j n de penvormige t a s t e l e m e n t e n g e p l a a t s t . In f i g . 2 . 1 i s weergegeven hoe de modulen z i j n g e r a n g s c h i k t onder het b o v e n v l a k : één moduul voor i e d e r e kolom b r a i l l e p u n t e n d i e i n het d i s p l a y i s a a n g e b r a c h t . De z i j p l a t e n van de moduul v e r h i n d e r e n bewegingen van de p e n o n d e r z i j d e l o o d r e c h t op het m o d u u l v l a k , maar l a t e n de pen i n d i t v l a k v r i j binnen door de g a t - en penvorm bepaalde g r e n z e n . De kop van de pen wordt i n het v l a k van de bovenplaat g e f i x e e r d door de v r i j nauwe p a s s i n g tussen pen en p e r f o r a ­ t i e , zodat de pen daar p r a k t i s c h a l l e e n a x i a l e bewegingen kan maken. In de moduul z i j n ook veren aangebracht d i e de pen i n het v l a k van de moduul onder een hoek van c a . 60° s c h u i n omlaag duwen. Z i e f i g . 2 . 2 .

2. Ontwerpbeschrijving

21

Door deze opbouw is bereikt dat de pennen twee stabiele standen hebben, die door de tastkrachten niet beïnvloedbaar zijn. Dit is vooral dankzij het feit dat de vinger slechts een klein koppel op de pen kan uitoefe-nen, doordat deze in het bovenvlak, op slechts 0,5 mm afstand van de top van de pen, wordt afgesteund in horizontale richting, zodat het door de kleine veerkracht uitgeoefende koppel, als gevolg van de veel grotere arm (ca. 10 mm) voldoend groot is.

De onderzijde van de pen steekt onder de moduul, en daarmee onder de gehele tastvlakconstructie uit. Dit uiteinde wordt door het schrijf-mechanisme gebruikt om de penpositie te beïnvloeden.

Door een niet voelbare pen omhoog te drukken springt deze spontaan in de bovenste stabiele stand en deze zal hierin volharden als de omhoog-gerichte kracht wordt weggenomen. Eenzelfde effect treedt op bij zijde-lings verplaatsen van de penonderzijde: de pen wordt dan van de voelbare naar de niet voelbare stand verplaatst.

2.2.1.2 Uitvoering van het tastvlak

De modulen in het onderhavige ontwerp bieden zo nodig plaats aan 11 pennen. Dit aantal beschikbare penposities kan desgewenst binnen zekere grenzen (3 tot ca. 20) gevarieerd worden.

Het aantal van 11 is gekozen omdat dit enerzijds de fabricage van rela-tief grote displays toelaat en anderzijds nog geen onnodig groot displayoppervlak in beslag neemt indien dezelfde modulen worden toege-past in een kleiner display.

Het patroon waarin de modulen gevuld worden met pennen, en het gatpa-troon in de eigenlijke tastplaat (fig. 2.3) bepalen de uiteindelijk aan de gebruiker geleverde displayomvang. Bij de gekozen 11 penposities is een omvang van drie regels zespuntsbraille te realiseren. Dit is één regel meer dan het minimum dat in ref. [6], Resus genoemd wordt en meer dan op dit moment in de praktijk gevonden wordt. Daarnaast is het mogelijk het display in te delen in twee regels achtpuntsbraille. Ook zijn varianten denkbaar met één regel, zelfs eventueel 4-puntsbraille.

22 2. Ontwerpbeschrijwing

r

:

o

o

o

o

o

o

o

o

—

o

o

o

o

—

oooo

—

o o o o

o o o o

o o o o

o o o o

44

„4

o o o

o-o o-o o-o o-o

o o o o

rïWffl

Door het patroon van de tastplaat te laten corresponderen met dat van de pennen ontstaat een display voor een vast patroon. De enige onderdeelwij-ziging ten opzichte van fig. 2.1 betreft de tastplaat.

f i g . 2.3: Gedeeltelijk gevulde modulen.

c

r

"1 ■

O-d o o o o

d o o o o

d o o o o

d o o o o

J o o o o

d o o o o

c o o o o

d o o o o

W¥ !

e. Door a l l e pennen gelijk gericht in de opeenvolgende modulen te plaatsen ontstaat een equidistant patroon. Alleen de tastplaat is gewijzigd t . o . v . 2 . 1 . Er is een mogelijkheid karakters te presente­ ren als er tussen twee kolommen telkens een kolom ongebruikt b l i j f t . De karakters staan echter ver uit elkaar (9 mm i . p . v . 6 mm) en z i j n veel te breed (3 mm i . p . v . 2,5 mm). b. Door maatregel a. te combineren met een steekaanpassing van de modu­ len ontstaat een patroon voor g r a f i ­ sche- én karakterpresentatie. Frame en positielineaal moeten nu ook aangepast worden. Dit is pas lonend b i j duidelijk gebleken behoefte. Karakters kunnen gepresenteerd wor­ den door ook hier telkens één kolom niet te gebruiken. De karakteraf­ stand is wel i e t s groter dan normaal (7,5 mm i . p . v . 6 mm), maar de vorm van het karakter is normaal ( 2 , 5 mm i . p . v . 2,4 mm).

2. On twerpbeschrijving

23

weinig kostbaarder is dan de 3x6 punts variant: een veld dat naar keuze te benutten is voor 3x6 punts met cursor (hier kan een ongebruikte puntenrij voor dienen), 2x8 punts, ook zonodig met cursor, 4x4 punts, of zelfs voor een beperkte vorm van grafische informatiepresentatie. Overi-gens komt in 5.1.2 de specifieke problematiek in verband met het begrip cursor nog nader aan de orde.

Ook in rijrichting is variatie mogelijk. Dit is in hoofdzaak interes-sant voor het wijzigen van de geleverde regellengte. Dit kan een geringe kostenbesparing opleveren voor korte displays, maar wil men bovendien profijt hebben van de kortere apparaatlengte, dan zullen ook andere onderdelen (frame, sledegeleiding) aangepast moeten worden. Deze vorm van variëren is minder zinvol, omdat juist bij een grote regellengte de voordelen van het werkingspincipe tot hun recht komen.

De gekozen regellengte voor het onderhavige ontwerp is dan ook 40 karak-ters, ofwel 80 modulen. Dit is de grootste in de praktijk gebruikte regellengte voor papierbraille.

Door geringe ontwerpaanpassingen kunnen displays voor grafische toepas-singen gemaakt worden. Zonder onderdeelwijzigingen kan een matrix ontstaan met een equidistante penafstand in rijrichting, ter grootte van de halve karaktersteek, die echter ongeschikt is voor tekstweergave. (zie fig. 2.4a)

Wijzigingen van de moduulafstand, zodanig dat de penafstand in regel- en kolomrichting gelijk is, geeft een beter grafisch display met een tekst-weergavemogelijkheid (zie fig. 2.4b). Karakters kunnen in deze opzet gescheiden worden door een ongebruikte puntenkolom. Dit gaat enigszins ten koste van de leesbaarheid, het aantal karakters en de schrijfsnel-heid. Omdat de toepasbaarheid van grafische schermen, nog zeer onzeker is, is er slechts zijdelings rekening mee gehouden.

24

2.2.2 Schrijfmechanisme

Dit mechanisme heeft als functie het op commando van de besturing uit-voeren van de beschreven bedieningshandelingen, zodat een willekeurig bedoeld patroon voelbaar gemaakt kan worden.

Het schrijfmechanisme is voorzien van units, die ieder een enkele rij braillepennen kunnen bedienen. Daartoe wordt zo'n unit, die op een slede gemonteerd i=; in de brailleregelrichting onder langs het tastvlak

bewogen.

Voor het begrip van de werking is het essentieel dat men zich realiseert dat deze bewegingsrichting loodrecht staat op de richting van de voor het tastvlak benodigde bedieningsbewegingen.

Deze bedieningsbewegingen worden gerealiseerd door middel van wiggen, die de relatieve beweging van de wagen t.o.v. de moduul omzetten in een zijdelingse respectievelijk opwaartse penbeweging.

afuerpuig ( s e l e c t i e f ) bewegingsrichting t+dt

,M

□

■ • ■ Kin^i

2. Ontwerpbeschrijving

25

De bewerkingsvolgorde is deze: (zie fig. 2.5)

Voorop de slede bevindt zich een wigvormige, tijdens de schrijfbeweging t.o.v. de slede vaste nok. Deze nok drukt iedere pen die hij passeert in de bovenste stand, eze nok wowrdt "hefwig" genoemd. Daarachter is op de wagen een zijwaarts gerichte wig bevestigd, die op commando van de besturing al of niet kan worden geplaatst in de relatieve baan die de penonderzijden ten opzichte van de slede beschrijven. Het resultaat hiervan is dan dat de pennen die de wig raken omlaag gezet worden, en dat de andere in de bovenstand blijven. Deze wig heet "afuerpwig". De slede moet terugbewogen worden naar het begin van de regel, om zono-dig de cyclus (voor een volgend patroon) te herhalen. Het is dan noodza-kelijk dat zowel de hef- als de afwerpwig buiten de relatieve pennenbaan gebracht worden om ongewenste beïnvloeding van het patroon, of zelfs beschadigingen, te voorkomen. Daartoe wordt aan het einde van de slede-beweging door middel van een op de sledegeleiding bevestigde nok deze verplaatsing aan de wiggen op de slede opgedrongen. Na afloop van de terugloop wordt de hefwig op de slede weer op een vergelijkbare manier in de uitgangspositie gebracht.

magn.

26

2.2.2.1 De selectieve wigbediening; knikveerrelais

De verplaatsing van de selectieve wig is gekenmerkt door het feit dat slechts een korte verplaatsingstijd beschikbaar is.

De verplaatsingsafstand is ca. 1 mm, de beschikbare tijd in de orde van 1 ms. Het wigje wordt geleid door een vierstangenmechanisme dat deze verplaatsing toelaat. Het systeem bevat verder een aanslag voor de "slinger".

Gedurende de tijd dat de wig een braillepunt passeert, is het mechanisme in één van twee mogelijke uiterste standen vergrendeld. Een permanent magneetsysteem levert de hiervoor benodigde sluitkracht (zie fig. 2 . 6 ) .

Als het mechanisme van toestand moet veranderen wordt door een stroom-puls door een spoel in het magneetei reuit de magneetflux door het anker onderdrukt, zodat de vergrendelende magneetkracht vrijwel verdwijnt. Het mechanisme kan dan vrij bewegen.

Het systeem kan nu een trilling uitvoeren rond de (gestrekte) middenstand, waarbij energieuitwisseling plaats vindt tussen elastische potentiële energie (in fig. 2.6 gesymboliseerd door een veer) en kinetische energie. Op dit gedrag wordt in 4.4.1 en app. 4.2 nader ingegaan. Omdat het mechanisme na een halve periode van de trilling de tegenoverliggende toestand heeft bereikt, en het magneetcircuit weer gesloten is, kan door het beëindigen van de stroompuls op een goed gecontroleerde manier het wigje in de tegenoverliggende stand gefixeerd worden (zie ook fig. 3.10).

In fig. 2.7 is weergegeven hoe het beschreven mechanisme gerealiseerd

is. Omdat een geknikte bladveer in combinatie met een klapanker de functie van het beschreven stangenmechanisme vervult, is voor dit onder-deel de naam "knikveerrelais" ontstaan.

De vorm van zo'n knikveerrelais is zó plat dat de relais voor iedere rij braillepunten naast elkaar geplaatst kunnen worden. De relais zijn ontworpen om gecombineerd te worden tot een pakket dat correspondeert met de rijen braillepennen die in het tastvlak zijn aangebracht.

2. Ontwerpbeschrijving 27

scheidingtplaat

Het anker wordt door de permanente magneet aangetrokken. Door de spoel te bekrachtigen, wordt het magneetveld ter plaatse van het anker geneutraliseerd, zodat het anker niet meer aangetrokken wordt.

f i g . 2.7: Uitvoering van het knikveerrelais.

2.2.2.2 Uitvoering schrijfmechanisme

De slede wordt door middel van g l i j b l o k j e s geleid langs een r a i l . De lagering i s krachtgesloten, zodat de s t i j f h e i d en baannauwkeurigheid voornamelijk bepaald worden door de r a i l .

De aandrijving gebeurt door middel van een luchtspoelmotor, d i t i s een gelijkstroommotor met een kleine mechanische t i j d c o n s t a n t e . Deze i s met een poelie en tandriem aan de slede gekoppeld. De daarmee gerealiseerde wagenbeweging i s c o n t i n u , in tegenstelling tot de s t a r t - s t o p beweging

die in sommige printmechanismen toegepast wordt.

De besturing heeft informatie nodig over de p o s i t i e van de wagen gedu­ rende de schrijfbeweging. Deze wordt gegeven door een tweetal op de wagen gemonteerde optische schakelaars ( f o t o t r a n s i s t o r - LED-combina­

t i e s ) , die een l i n e a a l met p o s i t i e i n f o r m a t i e in de vorm van perforaties a f t a s t e n .

De e l e k t r i s c h e verbindingen tussen de vaste wereld en de wagen z i j n gerealiseerd met een f l e x i b e l e bandkabel, die in een goot geleid wordt.

28

Iedere rij pennen, waarmee de tastvlakmodulen gevuld zijn, moet bediend worden door een knikveerrelais en een opzetwig. Er is gekozen voor de meest eenvoudige constructie. De wagen kan uitsluitend van links naar rechts schrijven en is uitgerust met evenveel knikveerrelais als er rijen pennen zijn. De opzetwig is uitgevoerd als één onderdeel dat alle aanwezige pennen bedient.

Voor meerregelige displays kan selectieve bediening van de opzetwig voor afzonderlijke regels overwogen worden. Dit is niet essentieel voor de toepasbaarheid, maar kan, indien gewenst, het gebruikscomfort wat verho-gen. Het is dan namelijk mogelijk regels die niet gewijzigd worden ongemoeid te laten, zodat de passerende "schrijfgolf" niet stoort bij het lezen van deze tekst,

Bij meerregelige displays kan een andere opbouw voordelen hebben, vooral wanneer er ook uitvoeringen met langere tastvlakmodulen (tot b.v. 20 posities) gewenst zijn. De slede wordt dan zó gebouwd dat er hoogstens vier knikveerrelais op geplaatst kunnen worden en één opzetwig. Het geheel van slede en sledegeleididng kan met een elektrisch bedienbaar dwarsbewegingsmechanisme in kolomrichting verplaatst worden naar een willekeurige regel. Vooral als er vraag naar zeer grote displays komt kan het aantrekkelijk zijn op deze weinig omzetters vergende oplossing over te gaan. De schrijfsnelheid van één regel wordt zo niet beïnvloed, de totale schrijftijd van het display wordt uiteraard langer.

2.2.3 Besturing

De besturing zet de commando's, die in elektrische vorm door aangesloten elektronische apparatuur worden aangeboden, om in de elektrische signa-len die de verschilsigna-lende omzetters in het schrijfmechanisme nodig heb-ben. Daarbij wordt gebruik gemaakt van signalen van diverse positieopne-mers in het mechanisme.

Centraal in de besturingselektronica staat de microprocessor. De keuze van deze processor wordt bepaald door bij de toekomstige fabrikant aanwezige faciliteiten, en is ook niet van wezenlijk belang voor het apparaat.

2. Ontwerpbeschrijving

29

De in het prototype toegepaste besturing wordt beschreven in hoofd­ stuk 4. De uiteindelijke keuze van de besturingselektronica is vooral afhankelijk van de gewenste aansluitingsmogelijkheden en van het aantal extra in te bouwen besturingstaken. Zulke taken zijn bijvoorbeeld de volledige omzetting van zwartschrifttekst in braille en het verzorgen van terminaltaken. Het kan kostenbesparend werken deze functies in het apparaat in te bouwen, maar de precieze keuze is toepassingsafhankelijk. Hoewel de keuze van de besturingsfuncties van het grootste belang is voor de gebruiker, en in belangrijke mate het karakter van het apparaat bepaalt, valt het ontwerp daarvan buiten het kader van dit proefontwerp. Er is daarom volstaan met het ontwerp van een proefbesturing op basis van de vermoedelijk toe te passen microprocessor en de ontwikkeling van dié besturingsroutines die van direct belang zijn voor een goede werking van het mechanisch gedeelte. Tevens zijn de meest noodzakelijke communi­ catieroutines ingebouwd.

Omdat het feitelijke programma geen wezenlijk onderdeel van het ontwerp is, zal hier alleen het besturingsalgorithme voor het mechanische deel toegelicht worden. Dit is een essentieel aspect van de besturing en moet zeker als deel van het ontwerp opgevat worden.

2.2.3.1 Signalen voor de bediening van het mechanisme

De besturing moet de volgende signalen genereren:

Signalen voor de bediening van de hoofdmotor.

De motor heeft drie taken, die naar keuze geselecteerd moeten worden door de besturing:

- Aandrijving van de slede tijdens het schrijfproces. Om de tole­ ranties in oversteektijdstip voor de knikveermagneten zo groot mogelijk te houden wordt de motorhoeksnelheid door een eenvoudige, op de motorinductiespanning reagerende, toeren talregeling constant gehouden.

- Aandrijving van de slede tijdens de retourslag van de motor. In deze toestand mag de motor op de volle beschikbare voedingsspanning aangesloten worden. De retourslag duurt dan zo kort mogelijk.

30

- Remmen. De bewegende slede moet aan het einde van de slag over een zo kort mogelijke weg geremd worden. Door de motorpolen kort te sluiten wordt een groot remkoppel ontwikkeld, vooral als de slede-snelheid nog hoog is.

Signalen voor de bediening van de knikveerrelais.

De besturing moet op de juiste momenten, die elkaar met een mini-male tussentijd van ca. 3 ms opvolgen, een deel van de op de wagen aanwezige knikveerrelais aansturen met een stroompuls met een tijdsduur in de orde van 1 ms.

2.2.3.2 Toestandssignalen van het mechanisme

Er zijn voor de besturing twee signalen beschikbaar die informatie geven over de toestand van het mechanisme. De informatie blijft beperkt tot een positie-indicatie van de slede door middel van een tweetal optische schakelaars. Zij geven de besturing informatie over de tijdstippen waarop de knikveerrelais kunnen worden bediend, en over het passeren van de opzetwig-bedieningsnokken.

Omdat buurrelais elkaar beïnvloeden (overspraak) is vermeden dat twee buurrelais tegelijkertijd moeten omklappen. Dit is bereikt door de afwerpwiggen beurtelings wat naar voren en naar achteren te plaatsen. (zie fig. 2.8) De relais zélf liggen wel in lijn. De besturing moet dus onderscheid maken tussen twee groepen relais, en er moet voor één kolom punten op twee synchronisatiesignalen gereageerd worden. Om deze signa-len te genereren is het oplossend vermogen van de toegepaste optische schakelaars niet voldoende. Er is daarom gebruik gemaakt van twee opti-sche schakelaars, die (in principe) evenveel verschoven zijn als de twee groepen afwerpwiggen. Dit kost geen extra optische schakelaars, omdat zij in deze opstelling ook gebruikt kunnen worden voor de begin- en einde-regelindicatie. Het patroon in de lineaal is daarvoor aangepast.

2. Ontwerpbeschrijving 31

Schema van de kam. Versprongen

p l a a t & i n g van afuterpwiggen. U i t v o e r i n g in het p r o t o t y p e .

fig. 2.8: Uitvoering van de knikveren als kam.

2.2.3.3 Besturingsalgoritme

Initialisatie.

Bij in bedrijf stellen van het display bevinden slede, knikveerrelais en opzetwig zich in een onbepaalde stand. Omdat bewegen tegen de schrijfrichting in dan tot schade leidt, moet de eerste actie van de besturing bestaan uit het naar rechts bewegen van de slede, in de schrijfrichting dus. Aan het einde van de regel worden relais en opzetwig mechanisch in de veilige stand gebracht. Als de slede de "einde regel" indicatie gepasseerd is, kan de slede naar het begin van de regel getransporteerd worden.

Duurt deze beweging (heen of terug) te lang, dan is dit voor de bestu-ring een teken dat de slede door een defect geblokkeerd is. Dit is ook het geval als de positie-indicatoren geen wisselend signaal afgeven. Bij de eerste maal naar rechts bewegen heeft de besturing in eerste instantie geen informatie over de preciese positie van de slede. De knikveren kunnen beschadigd worden als de opzetwig wordt verplaatst aan het einde van de slag. Om dit te voorkomen moet gedurende de gehele

32

eerste heenslag de magneetkracht opgeheven worden door alle spoelen te bekrachtigen. Bij alle volgende slagen is dit alleen tijdens het laatste deel van de slag nodig, omdat dan de positie bekend is.

Schrijven.

Na initialisatie kan onmiddellijk begonnen worden met schrijven. De knikveerrelais moeten een stroompuls toegediend krijgen als zij een pen gepasseerd zijn en de gewenste stand van de volgende te passeren pen afwijkt van de positie waarin de gepasseerde pen is geplaatst. Hierbij blijkt een nadeel van de gebruikte knikveerrelais. De besturing kan niet rechtstreeks beschikken over informatie over de stand van de relais. De toestand kan alleen afgeleid worden uit de toestand aan het begin van de regel, en het aantal toegediende omklappulsen (zie ook 5.2.2). De beweging van de opzetwig die (mechanisch gestuurd) aan het begin en einde van de regel plaatsvindt, is benut om de toestand van de knikveer-relais aan het begin van de regel eenduidig te maken. 'Dit is tevens bedoeld als maatregel om de relais te beveiligen tegen onbedoeld in de bovenste stand staan tijdens de terugloop. De opzetwig is zó gemonteerd en gedimensioneerd dat deze, als hij aan het eind van de schrijfslag omlaag geklapt wordt, de knikveertjes omlaagduwt. Dit moet altijd gepaard gaan met het inschakelen van de spoelen, omdat anders onnodig hoge belastingen van de knikveertjes optreden.

De beide positieopnemers geven de momenten aan waarop de knikveerrelais hun omklappuls toegediend kunnen krijgen. De besturing moet dan beslis-sen welke relais geschakeld moeten worden om de vereiste tekst te pre-senteren. Hiervoor is ca. 0,05 ms beschikbaar. Door gebruik te maken van het interruptmechanisme van de processor is aan deze eis voldaan. Zie 4.5.2.

Terugloop.

De besturing mag de motor pas in deze richting bekrachtigen nadat de einddetector gepasseerd is, om de al genoemde reden.

Elke schrijfaktie moet direct gevolgd worden door een retourslag. De slede staat dan gereed voor de volgende schrijfslag.

2. Ontwerpbeschrijving

33

2.2.3.4 Enkele kanttekeningen bij het besturingsalgoritme

Schrijven vindt in één keer van links naar rechts plaats.

Met gebruikmaking van de positieinformatie kan zonodig de slede karakter voor karakter verplaatst worden.

Vooral gecombineerd met toepassing van afzonderlijk schakelbare opzet-wiggen, of met een dwarsbeweging (zie 2.2.2.2) kan een dergelijke uit­ breiding zinvol blijken.

In het onderhavige ontwerp is deze voorziening opgevat als luxe, omdat de schrijfsnelheid voldoende hoog is om op momenten dat een wijziging verlangd wordt de gehele tekst te vervangen. Het is daarvoor nodig dat de slede voortdurend links aan het begin van de schrijfslag gereed staat. In die situatie is de korte reaktietijd van het display te reali­ seren.

Het tastvlak laat in principe schrijven tijdens de retourslag van de slede toe. Die mogelijkheid wordt niet benut om een soortgelijke reden. De uitbreiding is nogal ingrijpend voor de opbouw van de slede, en het enige wat hiermee bereikt wordt is dat het aantal malen dat de tekst per seconde gewisseld kan worden opgevoerd wordt tot 4 per seconde. Ofschoon het niet uitgesloten is dat dit nuttig is in zoeksituaties, worden achtereenvolgende regels tekst zeer onevenwichtig verdeeld over de tijd gepresenteerd. Er is dan namelijk aan het begin van de regel geen feite­ lijk verschil met éénzijdig schrijven. Juist aan het begin van de regel staat de meest zinvolle informatie in zoeksituaties, zoals hoofdletter­ tekens, een inspringende kantlijn, kopteksten enz. Tweezijdig schrijven is daarom verworpen.

3. Ontwerpmotivering

35

3. ONTWERPMOTIYERING

Een aantal argumenten voor de gekozen constructie is hier gerangschikt volgens afdalende abstractiegraad. Op de diverse niveaus worden mogelijke alternatieven gepresenteerd.

3.1 Keuze van de apparaatstructuur

Het display heeft de functie van digitale informatieomzetter: het zet als elektrische signalen aangeboden digitale informatie om in een mecha-nische digitale code.

Het ingaande signaal ondergaat daartoe in het apparaat een reeks bewer-kingen. Door de bewerkingen te schematiseren en de volgorde waarin de bewerkingen plaatsvinden te beschouwen, ontstaat een mogelijkheid om apparaten met een verschillende structuur te beschrijven en een aantal algemene kenmerken van die apparaten vast te stellen.

3.1.1 Bewerkingen

De vier belangrijkste signaalbewerkingen zijn: ordenen, fixeren, ver-sterken en omzetten.

Ordenen

Wat in dit verband onder "ordenen' wordt verstaan blijkt uit het volgende:

De uitgaande code, het braillebeeld, bestaat uit een groot aantal paral-lel uit te lezen informatie-eenheden. Iedere braillepunt vertegenwoor-digt één bit informatie. Deze informatie is gedurende het eigenlijke aftasten continu beschikbaar, totdat deze op bepaalde, door de gebruiker vast te stellen ogenblikken vervangen wordt door nieuwe informatie.-Als de binnenkomende elektrische informatie op dezelfde manier

georga-36

niseerd zou zijn, zou een onpraktische situatie ontstaan: vele honderden ingangssignalen, die voortdurend op de juiste waarde gehouden moeten worden.

De aangeboden informatie heeft daarom een heel andere structuur. Het aantal parallel binnenkomende signalen is klein, 1 tot ca. 8, en de informatie wordt serieel, en dus discontinu, aangeboden. Ergens in het apparaat wordt deze informatie op de geschikte manier geordend en aan de betreffende braillepunten gekoppeld. Het is deze bewerking die we met de term "ordenen" zullen aanduiden: het verdelen van de serieel binnenko-mende signalen over het grote aantal parallel geschakelde verwerkingska-nalen ofwel braillepunten.

Fixeren

Het is niet voldoende dat een bit informatie naar het corresponderende braillepunt geseind wordt. Om een bruikbare constructie te krijgen moet de aangeboden informatie ook door het braillepunt vastgehouden worden: er is een fixatie nodig; er moet een geheugen aanwezig zijn.

Het geheel van ordening en fixatie wordt meestal met serie-parallelom-zetting aangeduid. Hier worden beide bewerkingen afzonderlijk beschouwd, omdat zij in de praktijk ook door afzonderlijke elementen worden uitge-voerd.

Versterken

Het binnenkomende signaal is bedoeld voor informatieoverdracht en is niet geschikt om rechtstreeks de benodigde energie voor het bedienen van een braillepunt te leveren. Vandaar dat op minstens één plaats in het apparaat het vermogen van het signaal wordt vergroot door het zwakke signaal als stuursignaal voor een schakelbare energiebron te gebruiken.

Omzetten

Dit is de meest centrale functie van het apparaat. Het signaal moet uit het domein van de elektrische grootheden omgezet worden in een tastbaar signaal in het mechanische domein van krachten en verplaatsingen.

3. Ontwerpmotivering 3?

3.1.2 Volgorde

Er i s tot nu toe geen uitspraak gedaan over de volgorde waarin de

bewerkingen moeten gebeuren. Er z i j n diverse varianten bekend. Zolang de signalen z i c h in het e l e k t r i s c h e domein bevinden i s de v r i j h e i d van de constructeur zeer g r o o t . Met name ordening en f i x a t i e z i j n standaardpro­ cessen. Vooral als gebruik wordt gemaakt van een microcomputer in het apparaat kunnen vele s e r i e - p a r a l l e l omzettingen en trouwens ook zonodig p a r a l l e l s e r i e omzettingen probleemloos gerealiseerd worden.

3 . 1 . 2 . 1 Schema a ( f i g . 3.1)

Een mogelijke constructie is dan ook alle beschreven stappen in het elektrische domein te laten plaatsvinden, en de elektromechanische om-zetting als afrondende bewerking te kiezen.

De elektromechanische omzetting kan bijvoorbeeld worden uitgevoerd door een elektromagneet die de tastpen omhoog drukt in de voelbare stand, zolang er een elektrische stroom loopt.

In een dergelijke constructie is het praktisch een elektrische energie-stroom te gebruiken, omdat dan met een eenvoudige elektrische vermogens-versterkingsschakeling voor iedere elektromagneet de stroom gestuurd kan worden.

Er zijn in dat geval evenveel vermogensversterkers nodig als er braille-punten voorkomen in het display, en eenzelfde aantal qmzetters. Voor kleine displays kan dit een gunstige oplossing zijn. Ref. [6], TS1 en ref. [I], Elinfa werken volgens dit schema. De toepassing van piëzo-elementen maakt spanningsversterking nodig. Zie ook 5.1.1.1.

3.1.2.2 Schema b (fig. 3.1)

Om de grote hoeveelheid benodigde vermogens- of hoogspanningselektronica te beperken is door ref. [H], Metec en ref. [E], Schönherr een andere volgorde gekozen.