CN101476874B - 仿生双目立体视觉装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种仿生技术领域的仿生双目立体视觉装置。本发明中，基座和其中的一个装有摄像机的第二连杆通过两个分支相连接：第一分支的驱动摆杆的一端通过转动副与电机相连，另一端通过转动副与第一连杆的一端相连，第一连杆的另一端通过转动副与连接装有摄像机的第二连杆相连；第二分支的驱动摆杆的一端通过转动副与电机相连，另一端与第三连杆的一端相连，第三连杆的另一端通过转动副与设置有摄像机的U形件的一端相连；基座和另一个设置有摄像机的第六连杆亦通过两个分支相连接。本发明利用两个电机实现两个摄像头同步运动，且结构紧凑，所有的电机设置于基座上。两摄像机间的相互位置固定，降低了系统标定的难度。
Description
技术领域
本发明涉及一种机器人技术领域的目标标定装置，特别涉及一种仿生双目立体视觉装置。
背景技术
近年来，随着技术的飞速发展，机器人尤其是人形机器人的研究与应用取得了显著的进步。作为获得外界三维坐标信息的视觉传感系统在机器人的成功应用中的作用变得越来越重要。因此双目立体视觉装置的研发有着很重要的意义。
经对现有技术的文献检索发现，目前，现有设备大都采用串联机构驱动两个摄像头的运动(仿人多自由度立体双目视觉装置，申请号：03124756.3)。该方案由于串联机构的存在导致其精度、刚度、负载等性能的下降。另外，不能将所有的电机布置在基座上导致远离摄像机的驱动电机的驱动力矩增大。与此同时，文献“The Agile Stereo Pair for Active Vision”(用于主动视觉的灵巧立体视觉装置)(《Machine Vision and Applications》(《机器视觉及应用》)，2006年第1期，作者Eric Samson等)介绍一种利用两个对称布置的灵巧眼并联机构作为双目立体视觉装置。上述两个并联机构的运动相互独立，在获取图像时，两个摄像机间的相互位置需要的标定工作比较多，并且增加了系统的复杂程度。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足和缺陷，提供一种仿生双目立体视觉装置，利用两个电机实现两个摄像头同步运动，且结构紧凑，所有的电机设置于基座上。两摄像机间的相互位置固定，降低了系统标定的难度。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括基座、U形件、两个摄像机、两个电机、四个驱动摆杆、六个连杆，两个电机设置在基座上，其中：
基座和其中的一个装有摄像机的第二连杆通过两个分支相连接：第一分支的第一驱动摆杆的一端通过转动副与电机相连，另一端通过转动副与第一连杆的一端相连，第一连杆的另一端通过转动副与连接装有摄像机的第二连杆相连；第二分支的第二驱动摆杆的一端通过转动副与电机相连，其另一端与第三连杆的一端相连，第三连杆的另一端通过转动副与设置有摄像机的U形件的一端相连；
基座和另一个设置有摄像机的第六连杆亦通过两个分支相连接：第一分支的第三驱动摆杆通过转动副与和第一驱动摆杆相连的第四连杆的另一端相连。另外，第三驱动摆杆的一端通过转动副与基座相连，另一端通过转动副与和第五连杆的一端相连，第五连杆的另一端和设置摄像机的第六连杆的一端相连；第二分支的第四驱动摆杆通过转动副与U形件相连并同步工作，另一端与设置有摄像机的第六连杆相连。
所述每个摄像机通过由两个分支构成的并联机构带动，且这两个并联机构对称布置，驱动通过第四连杆以及同轴的转动副实现同步运动。
本发明的有益效果在于：引入两个可以同步运动的并联机构(由上述两个分支构成)实现了双目立体视觉测量。由于并联机构的引入，所有的电机均设置在基座上，降低了机构的惯性负载，使机构更加紧凑，适合于人形机器人的应用。通过同步传动机构的引入，减少了驱动电机的数目，从而降低了成本，并且由于两个摄像机间的相对位置固定，减少了该测量系统的标定工作。
本发明为人形机器人、移动机器人等应用领域提供了一种获取三维环境信息的解决手段，在保证性能的基础上降低了系统的复杂程度，提高了系统的稳定性，扩大了该装置的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是本发明实施例的另一角度的结构示意图；
图3是本发明实施例的传动部分的结构示意图；
图中：1、基座，2、电机，3、电机，4、第一驱动摆杆，5、第一连杆，6、第二连杆，7、摄像机，8、U形件，9、第三连杆，10、第二驱动摆杆，11、第四连杆，12、第三驱动摆杆，13、第五连杆，14、第六连杆，15、摄像机，16、第四驱动摆杆，17-33均为转动副，34、长方形孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步具体描：本实施例在以本发明方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1-3所示，本实施例包含以下部件：基座1，U形件8，两个摄像机7、15，四个驱动摆杆4、10、12、16，两个电机2、3，六个连杆5、6、9、11、13、14，还包含一些常用的连接部件，如转动副17-33。两个电机2、3设置在基座1上，基座1和设置有摄像机7的第二连杆6通过两个分支相连接，而且基座1和设置有摄像机15的第六连杆14通过两个分支相连接。其中：
包含摄像机7的两个分支如下：
第一分支的第一驱动摆杆4的一端通过转动副17与一个电机2相连，其另一端通过转动副19与第一连杆5的一端相连，第一连杆5的另一端通过转动副20与设置有摄像机7的第二连杆6的一端相连；
第二分支的第二驱动摆杆10的一端通过转动副26与另一个电机3相连，其另一端通过转动副25与第三连杆9相连，第三连杆9的另一端通过转动副24与U形件8相连，U形件8通过转动副23连接于基座1，其另一端通过转动副21、22与设置有摄像机7的第二连杆6的一端相连。
包含摄像机15的两个分支如下：
第一分支的第三驱动摆杆12的一端通过转动副28与传递运动的第四连杆11连接，第四连杆11的另一端通过转动副18与第一驱动摆杆4连接并通过基座1上的长方形孔34，使驱动力矩传递到第三驱动摆杆12，第三驱动摆杆12的另一端通过转动副29与第五连杆13连接，第五连杆13的另一端通过转动副30与设置有摄像机15的第六连杆14相连；
第二分支的第四驱动摆杆16的一端通过转动副33与U形件8固连，使驱动力矩传递到第四驱动摆杆16，第四驱动摆杆16的另一端通过转动副31、32与设置有摄像机15的第六连杆14相连。
所述的摄像机7、15是该装置的运动输出件，可以采用任何满足使用要求的摄像机。
所述的电机2、3可以是任何类型的电机或驱动装置。
所述的转动副17-33可以是任何类型的、能产生所需要连接运动的转动副，比如铰链等。
第一驱动摆杆4通过转动副19带动第一连杆5，第一连杆5通过转动副20带动设置有摄像机7的第二连杆6；第二驱动摆杆10通过转动副25带动第三连杆9，第三连杆9通过转动副24带动U形件8，U形件8通过转动副21、22带动设置摄像机7的第二连杆6。第四连杆11在基座1上的长方形孔34的空间内运动并通过转动副18获得动力、通过转动副28带动第三驱动摆杆12，第三驱动摆杆12通过转动副27与基座1相连，其通过转动副29带动第五连杆13，第五连杆13通过转动副30带动设置摄像机15的第六连杆14；第四驱动摆杆16通过转动副33与U形件8固连并获得动力，其另一端通过转动副31、32带动设置摄像机15的第六连杆14。通过两个电机分别驱动对应驱动摆杆，可实现摄像机7、15的同步转动，进而获取测量点的图形以便获得其三维坐标信息。
本实施例中每个摄像机通过由两个分支构成的并联机构带动，且这两个并联机构对称布置，驱动通过第四连杆以及同轴的转动副实现同步运动。
所述摄像机的光轴也可以不平行，二者间的角度根据实际测量需要确定。
所述作为传递驱动力矩到另一摄像机的连杆机构也可以采用齿轮组或者带传动等传动方式。
所述并联球面机构的连杆也可以设计成半圆形或者圆形用以提高机构的刚度性能。
所述应用场合不仅可以是人形机器人、移动机器人，还可以是娱乐机器人、工业测量等。
Claims (3)
1.一种仿生双目立体视觉装置，其特征在于包括基座、U形件、两个摄像机、两个电机、四个驱动摆杆、六个连杆，两个电机设置在基座上，其中：
基座和其中的一个装有摄像机的第二连杆通过两个分支相连接：第一分支的第一驱动摆杆的一端通过转动副与电机相连，另一端通过转动副与第一连杆的一端相连，第一连杆的另一端通过转动副与连接装有摄像机的第二连杆相连；第二分支的第二驱动摆杆的一端通过转动副与电机相连，另一端与第三连杆的一端相连，第三连杆的另一端通过转动副与设置有摄像机的U形件的一端相连；
基座和另一个设置有摄像机的第六连杆亦通过两个分支相连接：第三分支的第三驱动摆杆通过转动副与和第一驱动摆杆相连的第四连杆的另一端相连，另外，第三驱动摆杆的一端通过转动副与基座相连，另一端通过转动副与和第五连杆的一端相连，第五连杆的另一端和设置摄像机的第六连杆的一端相连；第四分支的第四驱动摆杆通过转动副与U形件相连并同步工作，另一端与设置有摄像机的第六连杆相连。
2.根据权利要求1所述的仿生双目立体视觉装置，其特征是，所述基座上设有长方形孔，第四连杆的另一端通过转动副与第一驱动摆杆连接并通过基座上的长方形孔，使驱动力矩传递到第三驱动摆杆。
3.根据权利要求1所述的仿生双目立体视觉装置，其特征是，所述两个摄像机分别由各自的两个分支构成的并联机构带动，且这两个并联机构对称布置，通过第四连杆以及同轴的转动副实现同步运动。
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