CN103909528A - 一种单电机驱动的两自由度机器人视觉系统 - Google Patents
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Abstract
一种单电机驱动的两自由度机器人视觉系统，包括电机、棘轮驱动机构、相机，所述电机与所述棘轮驱动机构连接，所述相机与所述棘轮驱动机构通过连接装置连接，所述电机驱动所述棘轮驱动机构带动所述相机作横向和纵向的位置变动。通过设置棘轮驱动机构，利用棘轮的间歇性工作原理来实现对相机的控制，实现相机在横向和纵向的位置变动。
Description
技术领域
本发明涉及欠驱动系统领域，尤其涉及应用有欠驱动系统的机器人视觉系统。
背景技术
欠驱动机器人是指控制输入小于系统自由度的机器人，具有重量轻、成本低、能耗低等众多优点，是机器人研究领域的新热点。欠驱动机器人系统往往被应用于一些结构特别紧凑的系统、系统本身存在运动约束、或有意减少驱动装置以增加系统灵巧性的场合，如内窥镜系统需要考虑其结构紧凑性及系统灵活性，又如应用于特种机器人上的视觉系统要求其重量、成本和能耗问题，因此研究欠驱动机器人系统具有十分重要的现实意义。
现有市场上的欠驱动机器人形式多种多样，能满足多种用途。但是目前并没有针对欠驱动机器人或欠驱动系统的一种分类，大部分的研究者都是针对具体情况提出一种具有针对性的欠驱动机构，如于2007年10月24日公开的申请号为200710057369.6的中国发明专利，公开了一种欠驱动拇指机构，用于对假手的改善。而在机器人视觉系统中，欠驱动的应用尚不成熟，需要投入更多的关注。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种欠驱动机器人视觉系统。
为解决上述问题，本发明揭示了一种单电机驱动的两自由度机器人视觉系统，包括电机、棘轮驱动机构、相机，所述电机与所述棘轮驱动机构连接，所述相机与所述棘轮驱动机构通过连接装置连接，所述电机驱动所述棘轮驱动机构带动所述相机作横向和纵向的位置变动。
优选地，所述棘轮驱动机构包括底板、支架、转动轴、同步带轮、第一棘轮机构、第二棘轮机构，所述支架设置于所述底板上，所述转动轴架设于所述支架上，所述同步带轮的一个带轮套设于所述转动轴，所述同步带轮的另一个带轮套设于所述电机的轴，所述第一棘轮机构、第二棘轮机构的齿轮方向相反。
优选地，所述第一棘轮机构、第二棘轮机构分别包括棘轮外部件、棘轮内部件、棘轮止动机构，所述棘轮外部件为内外均设有齿的圆环，所述棘轮内部件为外壁设置有棘爪的圆盘，所述棘轮内部件设置于所述棘轮外部件内并可带动所述棘轮外部件转动，所述棘轮止动机构设置于所述棘轮外部件的旁侧用于防止所述棘轮外部件产生倒转。
优选地，所述棘轮止动机构包括外棘爪、外棘爪滑动轴、弹簧，所述外棘爪滑动轴纵向设置于所述底板，所述外棘爪可枢转地设置于所述外棘爪滑动轴，所述外棘爪用于抵住所述第一棘轮机构和第二棘轮机构的棘轮外部件，所述弹簧设置于所述外棘爪与所述底座之间。
优选地，所述连接装置包括十字万向节、牵引绳、弹簧，所述十字万向节通过螺钉设置于所述相机与所述棘轮驱动机构之间，所述牵引绳包括第一牵引绳和第二牵引绳，所述第一牵引绳和第二牵引绳的一个自由端分别固定于所述相机，另一个自由端分别固定于所述第一棘轮机构、第二棘轮机构的棘轮外部件，所述弹簧的两个自由端分别固定于所述相机与所述棘轮驱动机构。
优选地，所述第一牵引绳的一个自由端固定于所述相机横向中心线的侧边位置，所述第一牵引绳拉动所述相机实现横向位置变动。
优选地，所述第二牵引绳的一个自由端固定于所述相机纵向中心线的顶部位置，所述第二牵引绳拉动所述相机实现纵向位置变动。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明所揭示的单电机驱动的两自由度机器人视觉系统，包括电机、棘轮驱动机构、相机，所述电机与所述棘轮驱动机构连接，所述相机与所述棘轮驱动机构通过连接装置连接，所述电机驱动所述棘轮驱动机构带动所述相机作横向和纵向的位置变动。通过设置棘轮驱动机构，利用棘轮的间歇性工作原理来实现对相机的控制，实现相机在横向和纵向的位置变动。
附图说明
图1是本发明优选实施例中机器人视觉系统的主视图；
图2是本发明优选实施例中机器人视觉系统的俯视图；
图3是本发明优选实施例中机器人视觉系统的棘轮驱动机构的结构示意图；
图4是本发明优选实施例中机器人视觉系统的第一棘轮机构、第二棘轮机构的结构示意图；
图5是本发明优选实施例中机器人视觉系统的第一棘轮机构中棘轮止动机构的结构示意图；
图6是本发明优选实施例中机器人视觉系统的第二棘轮机构中棘轮止动机构的结构示意图。
具体实施方式
本发明揭示了一种单电机驱动的两自由度机器人视觉系统，包括电机、棘轮驱动机构、相机，所述电机与所述棘轮驱动机构连接，所述相机与所述棘轮驱动机构通过连接装置连接，所述电机驱动所述棘轮驱动机构带动所述相机作横向和纵向的位置变动。
优选地，所述棘轮驱动机构包括底板，支架、转动轴、同步带轮、第一棘轮机构、第二棘轮机构，所述支架设置于所述底板上，所述转动轴架设于所述支架上，所述同步带轮的一个带轮套设于所述转动轴，所述同步带轮的另一个带轮套设于所述电机的轴，所述第一棘轮机构、第二棘轮机构的齿轮方向相反。
优选地，所述第一棘轮机构、第二棘轮机构分别包括棘轮外部件、棘轮内部件、棘轮止动机构，所述棘轮外部件为内外均设有齿的圆环，所述棘轮内部件为外壁设置有棘爪的圆盘，所述棘轮内部件设置于所述棘轮外部件内并可带动所述棘轮外部件转动，所述棘轮止动机构设置于所述棘轮外部件的旁侧用于防止所述棘轮外部件产生倒转。
优选地，所述棘轮止动机构包括外棘爪、外棘爪滑动轴、弹簧，所述外棘爪滑动轴纵向设置于所述底板，所述外棘爪可枢转地设置于所述外棘爪滑动轴，所述外棘爪用于抵住所述第一棘轮机构和第二棘轮机构的棘轮外部件，所述弹簧设置于所述外棘爪与所述底座之间。
优选地，所述连接装置包括十字万向节、牵引绳、弹簧，所述十字万向节通过螺钉设置于所述相机与所述棘轮驱动机构之间，所述牵引绳包括第一牵引绳和第二牵引绳，所述第一牵引绳和第二牵引绳的一个自由端分别固定于所述相机，另一个自由端分别固定于所述第一棘轮机构、第二棘轮机构的棘轮外部件，所述弹簧的两个自由端分别固定于所述相机与所述棘轮驱动机构。
优选地，所述第一牵引绳的一个自由端固定于所述相机横向中心线的侧边位置，所述第一牵引绳拉动所述相机实现横向位置变动。
优选地，所述第二牵引绳的一个自由端固定于所述相机纵向中心线的顶部位置，所述第二牵引绳拉动所述相机实现纵向位置变动。
本发明所揭示的单电机驱动的两自由度机器人视觉系统，通过设置棘轮驱动机构，利用棘轮的间歇性工作原理来实现对相机的控制，实现相机在横向和纵向的位置变动。
下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行详细地描述。
如图1、图2所示，本发明揭示了一种单电机驱动的两自由度机器人视觉系统，包括电机001、棘轮驱动机构003、相机002，电机001与棘轮驱动机构003连接，相机002与棘轮驱动机构003通过连接装置004连接，电机001驱动棘轮驱动机构003带动相机002作横向和纵向的位置变动。
具体地，请结合图3，棘轮驱动机构003包括底板25、支架27、转动轴4、同步带轮3、第一棘轮机构6、第二棘轮机构7，支架27设置于底板25上，转动轴4架设于支架27上，同步带轮3的一个带轮套设于转动轴4，同步带轮3的另一个带轮套设于电机001的轴001-1，第一棘轮机构6、第二棘轮机构7的齿轮方向相反。
进一步地，请参考图4、图5、图6，第一棘轮机构6包括棘轮外部件61、棘轮内部件62、棘轮止动机构64，棘轮外部件61为内外均设有齿的圆环，棘轮内部件62为外壁设置有棘爪63的圆盘，棘轮内部件62设置于棘轮外部件61内并可带动棘轮外部件61转动，棘轮止动机构64设置于棘轮外部件61的旁侧用于防止棘轮外部件61产生倒转；第二棘轮机构7分别包括棘轮外部件71、棘轮内部件72、棘轮止动机构74，棘轮外部件71为内外均设有齿的圆环，棘轮内部件72为外壁设置有棘爪73的圆盘，棘轮内部件72设置于棘轮外部件71内并可带动棘轮外部件71转动，棘轮止动机构74设置于棘轮外部件71的旁侧用于防止棘轮外部件71产生倒转。
进一步地，棘轮止动机构64包括外棘爪614、外棘爪滑动轴613、弹簧615，外棘爪滑动轴613纵向设置于底板25，外棘爪614可枢转地设置于外棘爪滑动轴613，外棘爪614用于抵住第一棘轮机构6的棘轮外部件61，弹簧615设置于外棘爪614与底座25之间，用于使外棘爪614复位；棘轮止动机构74包括外棘爪714、外棘爪滑动轴713、弹簧715，外棘爪滑动轴713纵向设置于底板25，外棘爪714可枢转地设置于外棘爪滑动轴713，外棘爪714用于抵住第二棘轮机构7的棘轮外部件71，弹簧715设置于外棘爪714与底座25之间，用于使外棘爪714复位。
连接装置004包括十字万向节11、牵引绳、弹簧21，十字万向节11通过螺钉设置于相机002与棘轮驱动机构003之间，牵引绳包括第一牵引绳8和第二牵引绳9，第一牵引绳8和第二牵引绳9的一个自由端分别固定于相机002，另一个自由端分别固定于第一棘轮机构6、第二棘轮机构7的棘轮外部件61、71，弹簧21的两个自由端分别固定于相机002与棘轮驱动机构003。其中，第一牵引绳8的一个自由端固定于相机001横向中心线的侧边位置，第一牵引绳8拉动相机001实现横向位置变动。第二牵引绳9的一个自由端固定于相机001纵向中心线的顶部位置，第二牵引绳9拉动相机001实现纵向位置变动。
本发明所揭示的单电机驱动的两自由度机器人视觉系统，运动过程如下：请结合图3、图4，当电机001顺时针转动，电机001的轴001-1也顺时针转动，此时同步带轮3顺时针转动，带动转动轴4顺时针转动，转动轴4带动棘轮内部件62、72顺时针转动，由于棘爪63与棘轮外部件61轮齿方向一致，不能带动棘轮外部件61，因此，第一棘轮机构6处于静止状态；
而在第二棘轮机构7中，由于棘爪73与棘轮外部件71轮齿方向相对，由此，棘轮内部件72驱动棘轮外部件71顺时针转动，从而带动第二牵引绳9，第二牵引绳9拉动相机002，使十字万向节11转动，实现相机002的上下运动；当棘轮外部件71转动180°时，到达相机002上下运动的极限位置，电机001停止转动，相机002、十字万向节11由弹簧21拉回初始位置。
当电机001逆时针转动，电机001的轴001-1也逆时针转动，此时同步带轮3逆时针转动，带动转动轴4逆时针转动，转动轴4带动棘轮内部件62、72逆时针转动，由于棘爪73与棘轮外部件71轮齿方向一致，不能带动棘轮外部件71，因此，第二棘轮机构7处于静止状态；
而在第一棘轮机构6中，由于棘爪63与棘轮外部件61轮齿方向相对，由此，棘轮内部件62驱动棘轮外部件61顺时针转动，从而带动第一牵引绳8，第一牵引绳8拉动相机002，使十字万向节11转动，实现相机002的左右运动；当棘轮外部件61转动180°时，到达相机002左右运动的极限位置，电机001停止转动，相机002、十字万向节11由弹簧21拉回初始位置。
本发明所揭示的单电机驱动的两自由度机器人视觉系统，通过设置棘轮驱动机构003，利用棘轮的间歇性工作原理来实现对相机002的控制，实现相机002在横向和纵向的位置变动。本发明所揭示的单电机驱动的两自由度机器人视觉系统，结构简单，制造成本低廉。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种单电机驱动的两自由度机器人视觉系统，其特征在于：包括电机、棘轮驱动机构、相机，所述电机与所述棘轮驱动机构连接，所述相机与所述棘轮驱动机构通过连接装置连接，所述电机驱动所述棘轮驱动机构带动所述相机作横向和纵向的位置变动。
2.根据权利要求1所述的单电机驱动的两自由度机器人视觉系统，其特征在于：所述棘轮驱动机构包括底板、支架、转动轴、同步带轮、第一棘轮机构、第二棘轮机构，所述支架设置于所述底板上，所述转动轴架设于所述支架上，所述同步带轮的一个带轮套设于所述转动轴，所述同步带轮的另一个带轮套设于所述电机的轴，所述第一棘轮机构、第二棘轮机构的齿轮方向相反。
3.根据权利要求2所述的单电机驱动的两自由度机器人视觉系统，其特征在于：所述第一棘轮机构、第二棘轮机构分别包括棘轮外部件、棘轮内部件、棘轮止动机构，所述棘轮外部件为内外均设有齿的圆环，所述棘轮内部件为外壁设置有棘爪的圆盘，所述棘轮内部件设置于所述棘轮外部件内并可带动所述棘轮外部件转动，所述棘轮止动机构设置于所述棘轮外部件的旁侧用于防止所述棘轮外部件产生倒转。
4.根据权利要求3所述的单电机驱动的两自由度机器人视觉系统，其特征在于：所述棘轮止动机构包括外棘爪、外棘爪滑动轴、弹簧，所述外棘爪滑动轴纵向设置于所述底板，所述外棘爪可枢转地设置于所述外棘爪滑动轴，所述外棘爪用于抵住所述第一棘轮机构和第二棘轮机构的棘轮外部件，所述弹簧设置于所述外棘爪与所述底座之间。
5.根据权利要求3所述的单电机驱动的两自由度机器人视觉系统，其特征在于：所述连接装置包括十字万向节、牵引绳、弹簧，所述十字万向节通过螺钉设置于所述相机与所述棘轮驱动机构之间，所述牵引绳包括第一牵引绳和第二牵引绳，所述第一牵引绳和第二牵引绳的一个自由端分别固定于所述相机，另一个自由端分别固定于所述第一棘轮机构、第二棘轮机构的棘轮外部件，所述弹簧的两个自由端分别固定于所述相机与所述棘轮驱动机构。
6.根据权利要求5所述的单电机驱动的两自由度机器人视觉系统，其特征在于：所述第一牵引绳的一个自由端固定于所述相机横向中心线的侧边位置，所述第一牵引绳拉动所述相机实现横向位置变动。
7.根据权利要求5所述的单电机驱动的两自由度机器人视觉系统，其特征在于：所述第二牵引绳的一个自由端固定于所述相机纵向中心线的顶部位置，所述第二牵引绳拉动所述相机实现纵向位置变动。
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