專利名稱：繪圖儀、繪圖方法和使用方法
技術領域：
本發明涉及一種繪圖儀、該繪圖儀的繪圖方法和該繪圖儀的使用方法。
背景技術：
繪圖儀，是一種優秀的輸出設備，其能按照人們要求自動繪制圖形。它可將計算機 存儲的圖像數據信息以圖形的形式輸出。主要可繪制各種尺寸較大的管理圖表和統計圖、 大地測量圖、建筑設計圖、電路布線圖、各種機械圖與計算機輔助設計圖等。最常用的是X-Y繪圖儀。現有的繪圖儀已具有智能化的功能，它自身帶有微處理 器，可以使用繪圖命令，具有直線和字符演算處理以及自檢測等功能。從技術上而言，繪圖儀屬于一種輸出圖形的硬拷貝設備。繪圖儀在繪圖軟件的支 持下繪制出復雜、精確的圖形，是各種計算機輔助設計不可缺少的工具。繪圖儀的種類很多，按結構和工作原理可以分為滾筒式和平臺式兩大類1.滾筒式繪圖儀當X向步進電機通過傳動機構驅動滾筒轉動時，鏈輪就帶動圖紙移動，從而實現X 方向運動。Y方向的運動是由Y向步進電機驅動筆架來實現的。這種滾筒式繪圖儀結構緊湊，繪圖幅面大。但它需要使用兩側有鏈孔的專用繪圖 紙。2.平臺式繪圖儀繪圖平臺上裝有橫梁，筆架裝在橫梁上，繪圖紙固定在平臺上。X向步進電機驅動 橫梁連同筆架，作X方向運動；Y向步進電機驅動筆架沿著橫梁導軌，作Y方向運動。圖紙 在平臺上的固定方法有3種，即真空吸附、靜電吸附和磁條壓緊。這種平臺式繪圖儀的繪圖精度高，而且對繪圖紙的規格無特殊要求，應用比較廣 泛。以上傳統的繪圖儀有著繪圖速度快，繪圖精度高的特點，比較適用于不常移動位 置的使用場合。但是，傳統的繪圖儀也存在以下若干缺點1)個體比較龐大，不利于或者根本不能夠隨身攜帶，而且由于笨重，需要消耗大量 電力來驅動它；2)受到繪圖儀的進紙口的限制，傳統的繪圖儀支持的繪圖紙規格比較少，并且有 支持紙型越多，體積越龐大的缺點；3)傳統繪圖儀需要使用220V交流供電，能耗較高，難以用電池供電，一旦電網停 電就不能使用；4)傳統的繪圖儀價格昂貴，一般消費者負擔不起。鑒于上述技術問題，實有必要設計一種體積小、便于隨身攜帶、省電、繪圖速度快、 不拘泥于紙型且價格便宜的新型繪圖設備。
發明內容
因此，本發明的至少一個目的在于提供一種體積小、便于隨身攜帶、省電、繪圖速 度快且不拘泥于紙型的新型繪圖設備。根據本發明的一個方面，提供一種繪圖儀，包括移動機構，所述移動機構用于使 所述繪圖儀能夠獨立地在繪圖紙上移動；繪圖筆；定位裝置，所述定位裝置用于檢測繪圖 筆相對于原點的位置；和控制器，所述控制器控制繪圖儀移動到待畫圖像的起點，并沿待畫 圖像的軌跡移動到待畫圖像的終點，當所述繪圖儀沿待畫圖像的軌跡移動時，所述繪圖筆 在繪圖紙上畫出所述待畫圖像的軌跡。根據本發明的另一個方面，提供一種繪圖儀的使用方法，包括步驟將所述繪圖儀 放置在繪圖紙的表面上，并使繪圖儀的繪圖筆位于原點位置處；和啟動繪圖儀，使繪圖儀通 過移動機構獨立地在繪圖紙的表面上移動直至完成全部繪圖操作。根據本發明的又一個方面，提供一種繪圖儀的繪圖方法，包括如下步驟SO 將待畫圖像的數據存儲在內存中；Sl 將繪圖儀放置在繪圖紙的表面上，并使繪圖儀的繪圖筆位于原點位置處；S2 啟動繪圖儀；S3:使繪圖儀在控制器的控制下通過移動機構移動到一個待畫圖像的起點，并沿 該待畫圖像的軌跡移動到該待畫圖像的終點，當所述繪圖儀沿該待畫圖像的軌跡移動時， 所述繪圖筆在繪圖紙上畫出所述待畫圖像的軌跡；和S4 控制器判斷全部繪畫操作是否完成，如果判斷結果為‘否’，則執行步驟S3，如 果判斷為‘是’，則結束繪圖。與現有技術相比，由于本發明的繪圖儀具有獨立的移動機構和定位裝置，因此能 夠直接移動到待畫圖像的起點，并沿待畫圖像的軌跡移動到終點，而不需要逐行或逐列地 移動。因此，本發明的繪圖儀適用于任何尺寸的繪圖紙、繪圖速度快，體積小、便于隨身攜帶 且能夠節省大量電力。
圖1顯示本發明的繪圖儀的第一實施例的結構示意圖；圖2顯示圖1所示的繪圖儀的控制原理圖；圖3顯示圖1所示的繪圖儀的繪圖方法；圖4顯示圖1所示的繪圖儀的使用方法或使用過程的示意圖；圖5顯示采用兩個獨立的光學位置傳感器來檢測繪圖筆相對于原點的位置的原 理圖；圖6顯示圖5所示的光學位置傳感器的工作原理圖；和圖7顯示本發明的繪圖儀的第二實施例，其采用一個光學位置傳感器和一個角度 傳感器來檢測繪圖筆相對于原點的位置。
具體實施例方式下面詳細描述本發明的實例性的實施例，實施例的示例在附圖中示出，其中相同 或相似的標號表示相同或相似的元件。下面參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在解釋本發明，而不能解釋為對本發明的限制。第一實施例圖1至圖6顯示本發明的繪圖儀的實例性的第一實施例。具體地，圖1顯示本發 明的繪圖儀的第一實施例的結構示意圖；圖2顯示圖1所示的繪圖儀的控制原理圖；圖3 顯示圖1所示的繪圖儀的繪圖方法；圖4顯示圖1所示的繪圖儀的使用方法或使用過程的 示意圖；圖5顯示采用兩個獨立的光學位置傳感器來檢測繪圖筆相對于原點的位置的原理 圖；圖6顯示圖5所示的光學位置傳感器的工作原理圖。如圖1所示，在本實施例中，繪圖儀包括主體1、繪圖筆2、定位裝置3、移動機構4 和控制器5。具體地，在本實施例中，如圖1所示，控制器5安裝在主體1中，這樣，繪圖儀就相 當于一個獨立的自治機器人。但是，本發明不局限于此，控制器5也可以位于個人計算機、 PDA或移動電腦中，繪圖儀通過USB線或無線方式連接到個人計算機、PDA或移動電腦上，以 便與之保持通信。具體地，在本實施例中，如圖1所示，繪圖筆2和定位裝置3安裝在主體1的下部。 但是，本發明不局限于此，繪圖筆2和定位裝置3可安裝在任何適當的位置。具體地，在本實施例中，如圖1所示，移動機構4為電機驅動的滾輪，在控制器的控 制下，滾輪帶動整個繪圖儀按照控制指令自由移動。但是，本發明不局限于此，移動機構4 還可以是履帶式移動機構，或者現有技術中的其它任一種移動機構。在本實施例中，定位裝置3用于實時地檢測繪圖筆2 (或者說成繪圖儀)相對于繪 圖紙的原點(或稱為初始位置)的當前位置，請注意，這里提及的‘原點’根據實際需要確 定，例如，如圖4所示，可以把‘原點P0’確定為繪圖紙的左上角，但是，本發明不局限于此， 根據實際需要，‘原點’可以位于繪圖紙的任意一個位置處。如圖2和圖4所示，控制器5與繪圖筆2、定位裝置3和移動機構4保持通信連接。 具體地，控制器5實時接收定位裝置3檢測到的繪圖筆2的位置，并控制移動機構4將繪圖 儀移動到預定位置，和控制繪圖筆2在該預定位置上繪圖。根據本發明的一個優選實施例，如圖5所示，繪圖儀的定位裝置由兩個獨立的光 學位置傳感器構成。圖5顯示采用兩個獨立的光學位置傳感器來檢測繪圖筆相對于原點的 位置的原理圖。在如圖5所示的實施例中，繪圖儀包括兩個獨立的光學位置傳感器301、302 和繪圖筆2。具體地，在圖5中，將兩個獨立的光學位置傳感器分別標示為第一光學位置傳 感器301和第二光學位置傳感器302。不妨假設當繪圖儀移動到某一位置時，第一光學位 置傳感器301相對于原點的位置為(XS1，YSl)，第二光學位置傳感器302相對于原點的位 置為(XS2，YS2)，繪圖筆2相對于原點的位置為(XP1，YPl)，繪圖筆2與第一光學位置傳感 器301之間的距離為Li，繪圖筆2與第二光學位置傳感器302之間的距離為L2，那么可以 獲得如下公式(XSl-XPl)2+ (YSl-YPl)2 = Ll2 (1)(XS2-XP1)2+ (YS2-YP1)2 = L22 (2)其中，第一光學位置傳感器301相對于原點的位置(XS1，YSl)可由第一光學位置 傳感器301直接測得，第二光學位置傳感器302相對于原點的位置(XS2，YS2)可由第二光 學位置傳感器302直接測得，距離L1，L2可預先測得。因此，能夠根據上面的兩個公式(1)和(2)計算出繪圖筆2相對于原點的位置(XPLYPl)。盡管圖5顯示了采用兩個獨立的光學位置傳感器的實施例，但是，本發明不局限 于此，也可以設置三個或三個以上的光學位置傳感器，這樣，能夠更精確和更可靠地檢測繪 圖筆相對于原點的位置。如圖6所示，在本發明的一個優選實施例中，構成定位裝置3的第一光學位置傳感 器301和第二光學位置傳感器302均為反射式光學位置傳感器，其包括光發射器3a和光接 收器3b。如圖6所示，光發射器3a向繪圖紙6的表面發射光束，然后，光接收器3b接收從 繪圖紙6的表面反射的光束，并根據所接收到的信息來計算繪圖筆2相對于原點的當前位 置。在計算出繪圖筆2相對于原點的當前位置后，控制器5根據所獲得的當前位置來驅動 繪圖筆2在繪圖紙6上執行繪圖操作。需要說明的是，盡管在本發明的上述優選實施例中采用了光學位置傳感器，但是， 本發明不局限于此，也可以采用現有技術中存在的其它類型的位置傳感器，例如，聲學位置 傳感器，或者采用現有技術中存在的任何一種合適的位置傳感器。這些變化均應落入本發 明的保護范圍內。根據本發明的一個優選實施例，繪圖儀還包括繪圖筆操作機構(未圖示)，該繪圖 筆操作機構用于放下或收起繪圖筆2，更具體地，該繪圖筆操作機構可以由馬達或電機驅 動。需要說明的是，本發明不局限于此，繪圖筆2也可以不用收起，而一直與繪圖紙的紙面 保持預定間隙或剛好接觸。根據本發明的一個優選實施例，繪圖筆2為具有單色的單個筆。需要說明的是，本 發明不局限于此，繪圖筆2還可以為具有不同顏色的多個筆，當該繪圖筆為具有不同顏色 的多個筆時，繪圖儀還需要包括筆切換裝置，用于切換具有不同顏色的多個筆，當需要使用 某個顏色的筆時，就把該顏色的筆切換出來使用。根據本發明的一個優選實施例，本發明的繪圖儀還可以包括糾偏裝置，該糾偏裝 置根據繪圖儀的理論位置與定位裝置檢測到的實際位置之差來實時調整繪圖儀的位置，使 繪圖儀能夠精確地沿預定路徑或待畫圖像的軌跡移動。由于自主移動機器人的軌跡跟蹤控 制技術已屬于較成熟的技術，因此，這里省略了對它的詳細說明。現有技術中的任何軌跡跟 蹤控制技術，例如PID控制技術，均合并到本文中，成為本文的一部分。根據本發明的另一個優選實施例，繪圖筆2為噴墨繪圖筆，并且繪圖紙6為普通繪 圖紙。采用噴墨繪圖筆和普通繪圖紙的優點是價格便宜。但是，需要說明的是，本發明的繪 圖儀不局限于上述噴墨式繪圖儀，還可以是激光式繪圖儀、針式繪圖儀或其它任何現有的 一種繪圖儀。根據本發明的又一個優選實施例，控制器5采用ARM處理器，但是，本發明不局限 于此，也可以采用其它任何適當的低功耗處理器。根據本發明的又一個優選實施例，繪圖儀配備有內置電池，作為供電電源。但是， 請注意，本發明不局限于此，本發明也可以通過變壓器與外部電源連接，或通過USB接口與 外部供電設備連接，如PC機。這些變化理應落入本發明的保護范圍內。圖4顯示圖1所示的繪圖儀的使用方法或使用過程的示意圖。如圖4所示，在本 實施例中，首先，將繪圖儀放置在繪圖紙6的表面上，并使繪圖儀的繪圖筆2位于原點位置 處，例如圖4所示的PO位置；然后，啟動繪圖儀，控制器根據第一個待畫圖像的數據，規劃出從原點PO到第一個待畫圖像的起點Pl的移動路徑，然后向移動機構4發送指令，控制移動 機構4將繪圖儀從原點PO移動到第一個待畫圖像的起點Pl。需要說明的是，為了減小移動 距離，提高繪圖速度，不妨假設移動路徑為連接原點PO和起點Pl的直線，因為直線距離最短。如圖4所示，第一個待畫圖像為一條直線L，其起點為P1，終點為P2。當定位裝置 檢測到繪圖儀已移動到直線L的起點Pl時，放下繪圖筆，然后控制器控制繪圖儀沿直線L 的軌跡移動到直線L的終點P2，在繪圖儀沿直線L的軌跡移動時，繪圖筆在控制器的控制 下，將與定位裝置所檢測到的繪圖筆的位置對應的待畫圖像的數據畫在繪圖紙上。這樣就 完成了直線L的繪圖。在完成直線L的繪圖操作之后，控制器根據第二個待畫圖像的數據，規劃出從第 一個待畫圖像的終點P2到第二個待畫圖像的起點P3的移動路徑，然后向移動機構4發送 指令，控制移動機構4將繪圖儀從第一個待畫圖像的終點P2移動到第二個待畫圖像的起點 P3。如圖4所示，第二個待畫圖像為一個圓弧A，其起點為P3，終點為P4。當定位裝置 檢測到繪圖儀已移動到圓弧A的起點P3時，放下繪圖筆，然后控制器控制繪圖儀沿圓弧A 的軌跡移動到圓弧A的終點P4，在繪圖儀沿圓弧A的軌跡移動時，繪圖筆在控制器的控制 下，將與定位裝置所檢測到的繪圖筆的位置對應的待畫圖像的數據畫在繪圖紙上。這樣就 完成了圓弧A的繪圖。以此類推，繪圖儀還可以畫出第三個待畫圖像，如圖4所示，第三個待畫圖像是由 四條直線段組成的封閉矩形R，對于封閉圖像，其起點和終點是重合的，因此，矩形R的軌跡 為 P5- > P6- > P7- > P8- > P5。以此類推，繪圖儀還可以畫出第四個待畫圖像，如圖4所示，第四個待畫圖像是一 個封閉的圓C，其起點和終點均為P9。圖3顯示圖1所示的繪圖儀的繪圖方法。如圖3所示，在本實施例中，該畫方法包 括步驟SO 將待畫圖像的數據存儲在內存中；Sl 將繪圖儀放置在繪圖紙的表面上，并使繪圖儀的繪圖筆位于原點位置處；S2 啟動繪圖儀；S3:使繪圖儀在控制器的控制下通過移動機構移動到一個待畫圖像的起點，并沿 該待畫圖像的軌跡移動到該待畫圖像的終點，當所述繪圖儀沿該待畫圖像的軌跡移動時， 所述繪圖筆在繪圖紙上畫出所述待畫圖像的軌跡；和S4 控制器判斷全部繪畫操作是否完成，如果判斷結果為‘否’，則執行步驟S3，如 果判斷為‘是’，則結束繪圖。但是，需要說明的是，由于待畫圖像的數據可以根據算法實時生成，也可以預先生 成并存儲在硬盤等存儲設備中，使用時直接從硬盤中讀取。因此，根據本發明的一個實例性 實施例，上述步驟SO可以包括根據算法實時生成待畫圖像的數據的步驟，也可以包括從預 先存儲有待畫圖像的數據的存儲介質中讀取待畫圖像的數據的步驟。第二實施例圖7顯示本發明的繪圖儀的第二實施例，其采用一個光學位置傳感器311和一個角度傳感器312來檢測繪圖筆相對于原點的位置。如圖7所示，本發明的第二實施例所示的繪圖儀與第一實施例所示的繪圖儀的區 別僅在于第二實施例的繪圖儀的定位裝置由一個光學位置傳感器311和一個角度傳感器 312構成，而不是由兩個光學位置傳感器構成。在圖7中，虛線表示未旋轉時的繪圖儀，實線表示旋轉后的繪圖儀。在本實施例中，如圖7所示，光學位置傳感器311能夠實時獲得該光學位置傳感器 311相對于原點的當前位置(XS1，YS1)，角度傳感器312能夠實時獲得繪圖儀相對于初始時 刻的旋轉角度α κ因此，可以得到下面的計算公式XPl = XS1-L1*C0S ( α 0+ α ^ ⑶YPl = YS1-L1*SIN ( α 0+ α ^ (4)在公式(3)和(4)中，α。為繪圖儀在初始時刻時的初始角度，其可以預先測得；Ll 為繪圖筆2與光學位置傳感器311之間的距離，其可以預先測得；光學位置傳感器311相對 于原點的當前位置(XS1，YSl)可由光學位置傳感器311直接測得。盡管圖7顯示了采用一個獨立的光學位置傳感器和一個獨立的角度傳感器的實 施例，但是，本發明不局限于此，也可以設置二個或二個以上的光學位置傳感器和兩個或兩 個以上的角度傳感器，這樣，能夠更精確和更可靠地檢測繪圖筆相對于原點的位置。其它可能的變化例盡管已經描述了兩種不同實施例，但是，本發明還存在其它可能的變化例，例如， 繪圖儀還能夠包括無線或有線通信接口(未圖示)，這樣，繪圖儀就可以通過無線或有線通 信接口與局域網或因特網連接，從而成為一臺網絡繪圖設備。這些變化例理應落入本發明 的保護范圍內。盡管已經示出和描述了本發明的實施例，對于本領域的普通技術人員而言，可以 理解在不脫離本發明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行變化，本發明的范圍由 所附權利要求及其等同物限定。
權利要求
1.一種繪圖儀，其特征在于，所述繪圖儀包括移動機構(4)，所述移動機構(4)用于使所述繪圖儀能夠獨立地在繪圖紙(6)上移動；繪圖筆⑵；定位裝置(3)，所述定位裝置(3)用于檢測繪圖筆(2)相對于原點的位置；和控制器(5)，所述控制器(5)控制繪圖儀移動到待畫圖像的起點，并沿待畫圖像的軌跡 移動到待畫圖像的終點，當所述繪圖儀沿待畫圖像的軌跡移動時，所述繪圖筆在繪圖紙上 畫出所述待畫圖像的軌跡。
2.根據權利要求1所述的繪圖儀，其特征在于，所述定位裝置(3)包括至少兩個位置傳 感器(301，302)。
3.根據權利要求1所述的繪圖儀，其特征在于，所述定位裝置(3)包括至少一個位置傳 感器(311)和至少一個角度傳感器(312)。
4.根據權利要求2或3所述的繪圖儀，其特征在于，還包括繪圖筆操作機構，所述繪圖 筆操作機構用于放下或收起所述繪圖筆(2)。
5.根據權利要求1所述的繪圖儀，其特征在于，所述繪圖筆操作機構由馬達驅動。
6.根據權利要求2或3所述的繪圖儀，其特征在于，所述繪圖筆(2)為具有單色的單個 筆或者為具有不同顏色的多個筆，當所述繪圖筆為具有不同顏色的多個筆時，所述繪圖儀 還包括筆切換裝置，用于切換具有不同顏色的多個筆。
7.根據權利要求1所述的繪圖儀，其特征在于，所述移動機構(4)為滾輪式移動機構或 履帶式移動機構。
8.根據權利要求1所述的繪圖儀，其特征在于，還包括糾偏裝置，所述糾偏裝置根據繪 圖儀的理論位置與定位裝置檢測到的實際位置之差來實時調整繪圖儀的位置。
9.根據權利要求1所述的繪圖儀的使用方法，包括如下步驟將所述繪圖儀放置在繪圖紙的表面上，并使繪圖儀的繪圖筆位于原點位置處；和啟動繪圖儀，使繪圖儀通過移動機構獨立地在繪圖紙的表面上移動直至完成全部繪圖 操作。
10.根據權利要求1所述的繪圖儀的繪圖方法，包括如下步驟s0將待畫圖像的數據存儲在內存中；s1將繪圖儀放置在繪圖紙的表面上，并使繪圖儀的繪圖筆位于原點位置處；s2啟動繪圖儀；s3使繪圖儀在控制器的控制下通過移動機構移動到一個待畫圖像的起點，并沿該待 畫圖像的軌跡移動到該待畫圖像的終點，當所述繪圖儀沿該待畫圖像的軌跡移動時，所述 繪圖筆在繪圖紙上畫出所述待畫圖像的軌跡；和s4控制器判斷全部繪畫操作是否完成，如果判斷結果為‘否’，則執行步驟S3，如果判 斷為‘是’，則結束繪圖。
全文摘要
本發明公開一種繪圖儀，包括移動機構，用于使所述繪圖儀能夠獨立地在繪圖紙上移動；繪圖筆；定位裝置，用于檢測繪圖筆相對于原點的位置；和控制器，控制繪圖儀移動到待畫圖像的起點，并沿待畫圖像的軌跡移動到待畫圖像的終點，當所述繪圖儀沿待畫圖像的軌跡移動時，所述繪圖筆在繪圖紙上畫出所述待畫圖像的軌跡。與現有技術相比，本發明的繪圖儀適用于任何尺寸的繪圖紙、繪圖速度快，體積小、便于隨身攜帶且能夠節省大量電力。
文檔編號B43L13/00GK101992633SQ20091019459
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月26日 優先權日2009年8月26日
發明者潘建偉, 高國明 申請人:上海同暢信息技術有限公司