CN102109742A - 机器人眼睛 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机器人眼睛。它包括一个眼半球和一个筒形外壳，眼半球内腔装有CCD摄像机，筒形外壳后部内腔中，分别通过一个舵机安装架安装两个舵机，两个舵机分别各自通过传动机构驱动眼球作左右、上下转动。本发明结构紧凑，控制精度高。可安装在机器人头部，小型飞行器等特殊设备上作为视觉信息获取装置。

Description

机器人眼睛

技术领域

    本发明涉及机器人技术，特别是一种机器人眼睛。

背景技术

目前仿人机器人已经在一些场合“上岗”，如家庭中照顾老人的看护机器人，一些公共场所的引导机器人，还有会跳舞的娱乐机器人等等。仿人机器人将会与我们的生活联系越来越紧密。

人有90%以上的信息是靠视觉获取的—这也正是机器视觉技术和仿生技术研究者一直在不断探索，希望让机器人也拥有像人类一样的眼睛的原因。美国麻省理工大学近期研制的新型智能机器人“多莫”，它的“眼睛”可以将“目光”锁定在人脸上，这使得人们在与它交流的时候感觉很舒服。事实上，人们在交流过程中，除了语言、肢体动作外，还有一个重要的部分就是眼神的交流，因为眼睛是心灵之窗。

设计仿人机器人的一个重要目的就是希望它们能为人类服务，将人类从一些重复劳动中解放出来，但首先只有人们将仿人机器人看作日常生活的伙伴，而不是将它们视为僵硬的机器，仿人机器人才能更多更好的为我们提供服务。所以希望机器人拥有一双灵活的眼睛，除了赋予它们更加智能化的获取外界信息的发式，从结构、功能和外形更加高度模拟人类本身外，还可以增加人类对它们的好感，从而接受它们走进我们的生活。

此外，能否造出“人工眼”让机器人也能像人那样识文断字，看东西，一直是智能自动化的重要课题。生活中，带视觉功能的机器人的应用场合范围还远大于此。机器人眼球可用于如自动监视、智能机器人的眼睛、目标跟踪装置、汽车飞机等的自动操纵用视觉装置、遥操作用立体摄像装置等。

让机器人也具备人眼一样的视觉功能是机器人视觉技术的一个发展方向，这将是机器人应用技术的一个飞跃。目前一部分机器人眼睛仅有装饰作用，有的机器人眼睛尺寸较大不便于安装在机器人的头部，有的机器人眼睛仅能上下左右四个方向转动。考虑到将来将机器人眼睛要用在一些特殊的场合，我们的眼睛结构比较紧凑，尺寸小，便于安装，眼睛可以向8个方向转动，减少了头部的转动幅度。此外还在设计中考虑如何尽可能低的减小振动和摩擦来获得优质的图像。

发明内容

    本发明的目的在于提出一种新型的机器人眼睛，以满足研究人类视觉仿生的多种实际要求。

本发明的构思是：用一个内部装有摄像机的半球体来模拟人眼球。摄像机装于球体正中。为了美观，眼球前部加了一个盖子，不影响摄像机的成像效果。CCD传感器作用类似于人眼的视网膜，采集到的视觉信息用数据线从眼球后部的孔接到控制部分。眼球靠两根可调连杆带动。两根连杆分别通过两根摆杆与舵机输出轴上的转盘连接。当舵机转动时带动眼球向八个方向转动。为了美观及安装方便，眼球及驱动机构外部安装了筒形外壳。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种机器人眼睛，包括一个眼半球和一个筒形外壳，其特征在于：所述眼半球内腔装有一个CCD摄像机，眼半球装在所述筒形外壳中部内腔前部；在所述筒形外壳后部内腔中，通过舵机安装架安装两个舵机；所述两个舵机通过传动机构驱动所述眼半球作上下、左右转动。

所述眼半球的结构是：一个半球壳体，中央有通孔安置一个眼球体前盖，在眼半球壳体中央安置所述CCD摄像机，该CCD摄像机的镜头对准眼半球体前盖中央孔。

所述眼半球体通过一个固定板与摄像机固定底座固定连接，这个眼半球体包括摄像机，都通过摄像机固定底座处的旋转体与舵机安装架固定。所述舵机安装架用螺钉固定在筒形外壳上。传动机构也与摄像机底座相连，在初始位置保持摄像机光轴向正前方。

所述传动机构的结构是：所述两个舵机的输出轴转盘各铰连一根长度可调的拉杆，拉杆另一端铰连摄像机固定底座。

所述眼半球作上下、左右转动的结构是：所述摄像机的固定底座下安装有一个四面有钢球的正方体，摄像机的固定底座通过固定件与钢球铰接在一起形成球铰，则眼半球可上下转动；同时，所述半圆柱件与正方体上的钢球铰接在一起形成球铰，则眼半球可左右转动；所述半圆柱件固定在所述眼半球支架上，该眼半球支架通过所述T形件固定在舵机安装架上。

    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) 结构简单、紧凑，外型美观，节省安装空间；可安装在机器人头部、小型飞行器等特殊设备上作为视觉信息获取装置；

    (2) 眼球由两个舵机通过传动机构驱动可向8个方向灵活转动，达到40°的视角，接近人单眼的运动范围；

    (3) 摩擦小，响应速度快、定位精度高、控制方便。

附图说明

    图1是本发明眼球整体外观示意图；

    图2是本发明眼球半球外壳示意图；

图3是本发明眼球驱动机构结构示意图；

图4是本发明舵机安装架及舵机安装方式示意图；

图5是本发明眼球支撑机构示意图；

图6是本发明眼球旋转机构零部件示意图。

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：本机器人眼睛包括一个眼半球3和一个筒形外壳6，所述眼半球3内腔装有一个CCD摄像机1，眼半球3装在所述筒形外壳6内腔前部；在所述筒形外壳6后部内腔中，通过舵机安装架16安装两个舵机15、24；所述两个舵机15、24分别通过传动机构驱动所述眼半球3作上下、左右转动。

实施例二：本实施例与实施例以基本相同，特别之处如下：所述眼半球3的结构是：一个半球壳体3′，中央有通孔安装一个眼球体前盖2，在眼半球壳体3′中央安置所述CCD摄像机1，该CCD摄像机1的镜头对准眼球体前盖2中央孔。所述眼半球通过一个固定板10与CCD摄像机1的固定底座7固定连接。所述固定底座7通过半圆形柱件21、眼半球支架19和T形件18固定到舵机安装架16上。

所述传动机构的结构是：所述两个舵机15、24的两个舵机转盘14、17上的偏心销分别各铰连一根拉杆的一端，每根拉杆均由铰连件8、连杆9、螺母11、双头螺柱12、和扁杆件13连接构成。其中双头螺柱12通过螺母11连接连杆9和扁杆件13构成一根拉杆，使得拉杆长度可调。

所述驱动眼半球3作上下、左右转动的结构是：所述摄像机1的固定底座7下安装有一个四面有钢球23的正方体22，摄像机1的固定底座7通过固定件20与钢球23铰接在一起形成球铰，则眼半球3可上下转动；同时，所述半圆柱件21与正方体22上的钢球23铰接在一起形成球铰，则眼半球3可左右转动；所述半圆柱件21固定在所述眼半球支架19上，该眼半球支架19通过所述T形件18固定在舵机安装架16上。

    为了整体的美观及便于安装在一些特殊场合，将两个舵机15、24互相垂直90°放置，每个舵机分别安装在一个安装架16中。安装架16通过螺钉固定在筒形外壳6后部。

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 (5)

1.一种机器人眼睛，包括一个眼半球（3）和一个筒形外壳（6），其特征在于：

 A.所述眼半球（3）内腔装有一个CCD摄像机（1），眼半球（3）装在所述筒形外壳（6）内腔前部；

 B.在所述筒形外壳（6）后部内腔中，通过舵机安装架（16）安装两个舵机（15、24）；

 C.所述两个舵机（15、24）分别通过传动机构驱动所述眼半球（3）作上下、左右转动。

2.根据权利要求1所述的机器人眼睛，其特征在于所述眼半球（3）的结构是：一个半球壳体（3′），中央有通孔安装一个眼球体前盖（2），在眼半球壳体（3′）中央安置所述CCD摄像机（1），该CCD摄像机（1）的镜头对准眼球体前盖（2）中央孔。

3.根据权利要求1所述的机器人眼睛，其特征在于所述眼半球（3）通过一个固定板（10）与CCD摄像机（1）的固定底座（7）固定连接；所述固定底座（7）通过半圆形柱件（21）、眼半球支架（19）和T形件（18）固定到舵机安装架（16）上。

4.根据权利要求3所述的机器人眼睛，其特征在于所述传动机构的结构是：所述两个舵机（15、24）的两个舵机转盘（14、17）上的偏心销分别各铰连一根拉杆的一端，每根拉杆均由铰连件（8）、连杆（9）、螺母（11）、双头螺柱（12）、和扁杆件（13）连接构成；其中双头螺柱（12）通过螺母（11）连接连杆（9）和扁杆件（13）构成一根拉杆，使得拉杆长度可调。

5.根据权利要求4所述的机器人眼睛，其特征在于所述驱动眼半球（3）作上下、左右转动的结构是：所述摄像机（1）的固定底座（7）下安装有一个四面有钢球（23）的正方体（22），摄像机（1）的固定底座（7）通过固定件（20）与钢球（23）铰接在一起形成球铰，则眼半球（3）可上下转动；同时，所述半圆柱件（21）与正方体（22）上的钢球（23）铰接在一起形成球铰，则眼半球（3）可左右转动；所述半圆柱件（21）固定在所述眼半球支架（19）上，该眼半球支架（19）通过所述T形件（18）固定在舵机安装架（16）上。

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