CN103192412B - 具有变焦特性的仿生眼装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有变焦特性的仿生眼装置。在底板的两侧分别安装直线步进电机和基座，基座内装有仿生眼固态型变焦透镜和压缩圆盘，压缩圆盘上的凸台与变焦透镜相接触，基座小孔端面装有CCD传感器电路板，直线步进电机通过U形连接件带动压缩圆盘挤压控制变焦透镜实现变焦，使不同目标物体成像在CCD传感器上。本发明利用直线步进电机控制变焦透镜变焦，模仿人眼睫状肌驱动晶状体实现变焦过程，具有结构简单、尺寸紧凑、易制备、成本低、可嵌入式等特点，并装有图像传感器成像，可利用图像算法对所采集图像信息分析处理后，输出命令至驱动器实现对仿生眼装置的变焦控制，形成一个闭环焦距可控的变焦系统。

Description

具有变焦特性的仿生眼装置

技术领域

本发明涉及机器人视觉装置，尤其是涉及一种具有变焦特性的仿生眼装置。

背景技术

伴随着科技水平的不断提升，工业自动化在不断普及，而仿生机器人是自动化程度较高的机器人，同时也是目前国内外学者研究的重点。人类感知客观世界有80％以上的信息是通过眼睛获得的。人眼对于人类的作用不言而喻，同样视觉系统作为机器人获取外部信息的重要途径，在智能化机器人的研究中占据尤为重要的地位。机器人技术应用于汽车、机器人、半导体、农业、视频监控安防、交通管理、医疗、印刷、包装、卫星遥感、特种检验、虚拟现实、航空航天等各行各业。机器人眼的研制，尽管获得了很大进展，但仍然滞后于人眼视觉功能。

在机器人共性技术的研究中，仿生技术日益受到关注。人眼的变焦特性是通过睫状肌松弛与收缩控制晶状体发生形变，引起曲率变化从而使得人眼焦距发生改变实现变焦。当今的机器人迫切需要具备人眼变焦特性的仿生机器人眼。有了这样的机器人眼，机器人视觉技术乃至机器人产业将发生一个大的飞跃，对现有的许多产业也将产生深远的影响。

机器人视觉系统，大多数使用左右两个摄像机，从工程应用角度出发，通过控制摄像机相对运动，来模仿人眼双目视觉系统获得目标图像，再使用图像处理系统进行后续处理。采用现有摄像机的变焦系统通常由传统方法实现变焦，即利用不同凹凸透镜组合，通过机械齿轮装置驱动变焦，这种方式出现比较早，研究比较成熟，但是仿生学特性比较弱，结构复杂、尺寸较大、易磨损和寿命低；近年来，欧美等国家研制了液态型变焦透镜，在一定程度上能实现人眼的变焦功能，但是它由于采用液体的光学介质故容易产生泄漏等问题。以上两种方式是目前实现视觉系统变焦功能所采用的主要思路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有变焦特性的仿生眼装置，采用仿生眼固态型变焦透镜，利用直线步进电机控制变焦透镜变焦，并装有图像传感器成像，利用图像算法对所采集图像信息分析处理后，实现对仿生眼装置的变焦控制。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明在底板的两侧分别安装直线步进电机和基座，基座中心开有阶梯通孔，阶梯通孔的小孔朝向直线步进电机一侧，仿生眼固态型变焦透镜为阶梯圆柱体，阶梯圆柱体大端面中心具有第一个凸出球缺，阶梯圆柱体小端面中心具有第二个凸出球缺，仿生眼固态型变焦透镜的大端面安装在基座内的小孔端面上，第一个凸出球缺朝向步进电机一侧，压缩圆盘的一端中心有凸台，压缩圆盘和凸台中心开有通孔，压缩圆盘安装在阶梯通孔的大孔内，压缩圆盘上的凸台中心孔与第二个凸出球缺相接触；基座小孔端面装有CCD传感器电路板，U形连接件一侧的两推杆依次穿过基座的侧面圆孔、仿生眼固态型变焦透镜的边缘圆孔和压缩圆盘圆孔后用螺母固定在压缩圆盘上，直线步进电机主轴穿过U形连接件中心孔，直线步进电机主轴上的螺母与U形连接件上的螺纹孔固定为一体。

所述的第一个凸出球缺曲率半径为20~30mm；所述的第二个凸出球缺曲率半径为30~40mm。

本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：

本发明的仿生眼固态型变焦透镜，利用直线步进电机控制变焦透镜变焦，模仿人眼睫状肌驱动晶状体实现变焦过程，具有结构简单、尺寸紧凑、易制备、成本低、可嵌入式等特点，并装有图像传感器成像，可利用图像算法对所采集图像信息分析处理后，输出命令至驱动器实现对仿生眼装置的变焦控制，形成一个闭环焦距可控的变焦系统。

附图说明

图1是仿生眼整体外围装置轴测图。

图2是仿生眼整体外围装置俯视图。

图3是装配后基座部分去连接件剖视图。

图4是基座正视图。

图5是基座轴测图。

图6是仿生眼固态型变焦透镜俯视图。

图7是仿生眼固态型变焦透镜正视图。

图8是连接件正视图。

图9是连接件俯视图。

图10是压缩装置示意图。

图中：1、直线步进电机，2、U形连接件，3、基座，4、压缩圆盘，5、U形连接件螺纹杆，6、仿生眼固态型变焦透镜，7、基座螺纹孔，8、底板，9、步进电机固定孔，10、CCD传感器电路板，11、螺纹孔，12、中央通孔，13、侧面圆孔，14、小圆孔，15、边缘圆孔，16、仿生眼固态型变焦透镜后表面，17、仿生眼固态型变焦透镜前表面，18、连接件螺纹孔，19、推杆，20、压缩圆盘圆孔，21、凸台。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1, 图2, 图3, 图4, 图5，图6，图7，图8，图9，图10所示，本发明在底板8的两侧分别安装直线步进电机1和基座3，其中步进电机1通过步进电机固定孔9固定在直线步进电机机架上，基座3通过基座螺纹孔7固定在底板上，基座3中心开有阶梯通孔，阶梯通孔的小孔朝向直线步进电机1一侧，仿生眼固态型变焦透镜6为阶梯圆柱体，阶梯圆柱体大端面中心具有第一个凸出球缺，即仿生眼固态型变焦透镜前表面17，阶梯圆柱体小端面中心具有第二个凸出球缺，即仿生眼固态型变焦透镜后表面16，仿生眼固态型变焦透镜6的大端面上小圆孔14与螺纹孔11通过螺钉安装在基座3内的小孔端面上，第一个凸出球缺朝向步进电机一侧，压缩圆盘4的一端中心有凸台21，压缩圆盘4和凸台21中心开有通孔，压缩圆盘4安装在阶梯通孔的大孔内，压缩圆盘4上的凸台21中心孔与第二个凸出球缺相接触；基座小孔端面的中央通孔12一侧装有CCD传感器电路板10，U形连接件2一侧的两推杆19依次穿过基座3的侧面圆孔13、仿生眼固态型变焦透镜6的边缘圆孔15和压缩圆盘圆孔20后，其末端U形连接件螺纹杆5通过螺母固定在压缩圆盘4上，直线步进电机1主轴穿过U形连接件2中心孔，直线步进电机1主轴上的螺母与U形连接件2上的螺纹孔18固定为一体。

如图6、图7所示，所述的第一个凸出球缺曲率半径为20~30mm；所述的第二个凸出球缺曲率半径为30~40mm。

所述的仿生眼固态型变焦透镜阶梯圆柱体大端及仿生眼固态型变焦透镜前表面17材料为PMMA；仿生眼固态型变焦透镜后表面16材料为SEBS；仿生眼固态型变焦透镜阶梯圆柱体小端外围是圆环状垫片，其材料为HDPE，中间用PDMS材料填充。

本发明的工作原理如下：

变焦透镜6置于中央具有圆形通孔的基座3中，其仿生眼固态型变焦透镜前表面17固定不变，步进电机1接受到控制器指令后便开始转动，带动U形连接件上推杆19前后直线运动，压缩圆盘4也和它同步前后直线移动，挤压或者逐渐远离仿生眼固态型变焦透镜后表面16，使得仿生眼固态型变焦透镜后表面16曲率发生改变，即仿生眼固态型变焦透镜6的焦距发生变化，这使得不同距离的目标物体清晰成像于CCD传感器电路板10，CCD传感器电路板10所采集的图像信息经数据线传送到终端，由图像处理算法处理后发送指令给步进电机1的控制器，控制步进电机1输出位移大小，从而实现对步进电机的闭环控制。

CCD图像传感器电路板通过螺纹孔固定在球形框架的基体上，与变焦透镜主面距离恰好在1倍到2倍焦距范围内，使仿生眼装置具有视觉功能；光线经由变焦透镜折射后聚集在CCD图像传感器上，采集到的图像数据可由数据线传送到终端由显示屏显示图像；图像数据通过特定的图像处理算法分析处理后，反馈给直线步进电机驱动器相应的控制命令，驱动变焦透镜焦距变化至特定大小。

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，都落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种具有变焦特性的仿生眼装置，其特征在于：在底板（8）的两侧分别安装直线步进电机（1）和基座（3），基座中心开有阶梯通孔，阶梯通孔的小孔朝向直线步进电机（1）一侧，仿生眼固态型变焦透镜（6）为阶梯圆柱体，阶梯圆柱体大端面中心具有第一个凸出球缺，阶梯圆柱体小端面中心具有第二个凸出球缺，仿生眼固态型变焦透镜（6）的大端面安装在基座（3）内的小孔端面上，第一个凸出球缺朝向步进电机一侧，压缩圆盘（4）的一端中心有凸台（21），压缩圆盘（4）和凸台（21）中心开有通孔，压缩圆盘（4）安装在阶梯通孔的大孔内，压缩圆盘（4）上的凸台（21）中心孔与第二个凸出球缺相接触；基座小孔端面装有CCD传感器电路板（10），U形连接件（2）一侧的两推杆（19）依次穿过基座（3）的侧面圆孔（13）、仿生眼固态型变焦透镜（6）的边缘圆孔（15）和压缩圆盘圆孔（20）后用螺母固定在压缩圆盘（4）上，直线步进电机（1）主轴穿过U形连接件（2）中心孔，直线步进电机（1）主轴上的螺母和U形连接件（2）上的螺纹孔（18）固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有变焦特性的仿生眼装置，其特征在于：所述的第一个凸出球缺曲率半径为20~30mm；所述的第二个凸出球缺曲率半径为30~40mm。