CN101797435A - 三自由度球面并联机构仿生眼睛 - Google Patents

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李超
谢少荣
汪东
李庆梅
罗均
李恒宇
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Abstract

本发明涉及一种三自由度球面并联机构仿生眼睛。结合仿生眼睛结构和运动的特殊性对球面并联机构相关参数和构件形状进行优化。球形仿生眼球实现了和人眼运动形式一样的三自由度旋转。安装在球形仿生眼球里面的微型摄像头随着球形仿生眼球一起旋转。球面并联机构的三个分支分别与球形仿生眼球的下部连接，驱动球形仿生眼球的旋转运动。球形仿生眼球的工作空间为半锥角45度的圆锥形，并能在该圆锥形的任意位置上都能实现至少正、负20度的自转，实现了比人眼更灵活的运动。

Description

三自由度球面并联机构仿生眼睛
技术领域
本发明涉及一种仿生眼睛，尤其是涉及一种三自由度球面并联机构仿生眼睛。
背景技术
人类感知客观世界90％以上的信息是通过眼睛获得的。对机器人来说，“眼睛”也是一个重要的感知设备。当今的机器人急切需要具备人眼诸多功能的仿生机器人眼。有了这样的机器人眼，机器人视觉技术和机器人技术将得到巨大的发展。
1994年，加拿大学者Gosselin提出了一种球面并联机构的设计方法，并设计了“灵巧眼”摄像机自动定位装置，其工作空间是半锥角70度的圆锥形，自旋角正、负30度，但该设计方法并不适合仿生眼睛的设计。2006年韩国Young-Bong Bang教授设计了一种三自由度球面并联机构的眼球机构，其仿真的工作空间为半锥角33度的圆锥形，自旋角正、负15度，但他仍然采用Gosselin的设计方法导致其工作空间小、刚度较小、结构复杂、体积较大。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷提供一种三自由度球面并联机构仿生眼睛，实现比人眼更灵活的运动。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：一种三自由度球面并联机构仿生眼睛包括底座、微型伺服电机、支架、下连杆、上连杆、眼球下部、眼球上部、微型摄像机，其特征在于底座上放置有120度均布的三个支架，三个支架上分别各安装一个微型伺服电机，三个微型伺服电机的输出轴上分别与置于其上的下连杆一端的孔连接，三个下连杆另一端的孔内分别安装有三个微型轴承，这三个微型轴承分别与上连杆一端的凸轴来连接；眼球下部的球面设置有三个120度均布的孔，三个孔内分别安装有微型轴承，眼球下部上的三个微型轴承分别与上连杆另一端的凸轴连接。上述眼球下部与眼球上部通过螺纹连接在一起组成整个眼球，微型摄像机放置在眼球里面；眼球下部设有一个通孔方便微型摄像机数据线盒电源线引出。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
(1)三自由度球面并联机构仿生眼睛工作空间为半锥角45度的圆锥形，并在该圆锥形的任意位置上都能实现至少正、负20度的自转，比人眼的运动范围更大，更加灵活。
(2)该球形仿生眼睛的眼球球直径为25mm，整体尺寸小于55mm*55mm*80mm(长*宽*高)。
(3)该球形仿生眼睛的眼球球心即旋转中心，摄像机成像点位于该眼球球心。
(4)整体刚度大，力学和角速度传递性能好，定位精度高，控制方便。
(5)应用范围广，可用于仿人机器人其他部位和关节、跟踪装置、灯具等多种具有三自由度旋转要求的场合。
附图说明
图1是本发明的一种仿生眼睛整体的形状结构示意图。
图2是本发明的一种仿生眼睛中的单组连杆机构形状结构示意图。
图3是本发明的一种上连杆形状结构示意图。
图4是本发明的一种下连杆形状结构示意图。
图5是本发明的一种支架形状结构示意图。
图6是本发明的一种眼球下部形状结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例作进一步的说明。
实施例一：参见图1、图2、图3、图4、图5和图6，本三自由度球面并联机构仿生眼睛，包括底座17、眼球下部1、眼球上部19和微型摄像机18。所述底座17上周向均布安装三个支架14，该三个支架14上分别各安装一个微型伺服电机12；所述三个微型伺服电机12的输出轴13分别与置于其上的三个下连杆9一端的孔10连接，该三个下连杆9另一端的孔11内分别安装有三个微型轴承，该三个微型轴承分别与三个上连杆6一端的凸轴8转动连接；所述眼球下部1的球面设置有周向均布的三个孔2，该三个孔2内分别安装有微型轴承，该三个微型轴承分别与所述三个上连杆6另一端的凸轴7转动连接。
实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特别之处是：所述眼球下部1与眼球上部19通过螺纹联接在一起组成整个眼球，所述微型摄像机18放置在眼球里面，眼球下部1设有一个通孔引出微型摄像机18数据线和电源线。
实施例三：如图6所示，眼球下部1成半球形，其上面设置有凸台3，凸台3的外侧加工成外螺纹与眼球上部19的内螺纹连接组成整个眼球；眼球下部1设有周向均布的三个轴承孔2，每个轴承孔2轴线与眼球下部1的上平面夹角为40度；每个轴承孔2内分别安装有微型轴承；眼球下部1设置有凹槽4；眼球下部1底部设置有通孔5。
如图5所示，支架14上平台15与下平台16的夹角为30度，上平台15设置有四个与微型伺服电机13安装孔配合的通孔，下平台16设置有四个通孔。
如图4所示，下连杆9一端设置有孔10，另一端设置有孔11；孔11内安装有微型轴承；孔10轴线与孔11轴线夹角为60度。
如图3所示，上连杆6一端设置有凸轴8，另一端设置有凸轴7；凸轴8轴线和凸轴7轴线夹角为60度。
如图2所示，支架下平台16安装在底座17上，微型伺服电机12安装在上平台15上，孔10与轴13连接，轴8与安装在孔11内的微型轴承连接，轴7与孔2内的微型轴承连接，微型摄像机18放置在凹槽4内。
如图1所示，三个支架14周向均布在底座17上，每个支架14上依次安装有微型伺服电机12、下连杆9、上连杆6、眼球下部1，其连接装配方法如图2所示。
本发明在实际使用和操作过程中，可以根据不同的需要在凹槽4内放置不同器件(激光头、天线、照明灯等)实现不同功能。通过控制三个微型伺服电机12的转角实现仿生眼睛的三自由度旋转，以满足各方面的实际需要。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落在本方面的保护范围。

Claims (2)

1.一种三自由度球面并联机构仿生眼睛，包括底座(17)、眼球下部(1)、眼球上部(19)和微型摄像机(18)，其特征在于：
1)所述底座(17)上周向均布安装三个支架(14)，该三个支架(14)上分别各安装一个微型伺服电机(12)；
2)所述三个微型伺服电机(12)的输出轴(13)分别与置于其上的三个下连杆(9)一端的孔(10)连接，该三个下连杆(9)另一端的孔(11)内分别安装有三个微型轴承，该三个微型轴承分别与三个上连杆(6)一端的凸轴(8)转动连接；
3)所述眼球下部(1)的球面设置有周向均布的三个孔(2)，该三个孔(2)内分别安装有微型轴承，该三个微型轴承分别与所述三个上连杆(6)另一端的凸轴(7)转动连接。
2.根据权利要求1所述的三自由度并联机构仿生眼睛，其特征在于所述眼球下部(1)与眼球上部(19)通过螺纹联接在一起组成整个眼球，所述微型摄像机(18)放置在眼球里面，眼球下部(1)设有一个通孔引出微型摄像机(18)数据线和电源线。
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