CN104942830A - 一种三自由度仿生眼睛 - Google Patents

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刘培志
赵小川
陈晓鹏
钱毅
王晋华
李陈
施建昌
刘珊
查长流
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Abstract

本发明公开了一种三自由度仿生眼睛，包括：眼球，其为球形腔；支架底座，其位于眼球内的后半部，支架底座在X轴方向、Y轴方向和Z轴方向上安装第一连接轴、第二连接轴和第三连接轴，三个连接轴交汇于眼球的球心处；第一伺服电机，其与第一连接轴连接；第二伺服电机，其与第二连接轴连接；第三伺服电机，其与第三连接轴连接；摄像装置，其位于眼球内的前半部，且在与第二连接轴相对应的Y轴的反方向上，并与三个连接轴、连接固定于眼球的球心处，摄像装置包括第一摄像头和第二摄像头。本发明的有益效果：结构简单，集成度高，可实现左右运动自由度、旋转运动自由度和俯仰运动自由度，通过两个摄像头的设置可以提高仿生眼睛的定位精度。

Description

一种三自由度仿生眼睛
技术领域
本发明涉及仿生机器人技术领域，具体而言，涉及一种三自由度仿生眼睛。
背景技术
眼睛是人类最重要的器官之一，人类感知客观世界90％以上的信息是通过眼睛获得的。对于仿生机器人来说，“眼睛”也是一个重要的感知设备，因此研究机器人仿生眼睛是当今机器人技术领域的研究热点。
人的眼睛在头部保持不动的情况下通过眼球向各个方向转动扩大视野，其视觉机构具有结构简单、质量轻、运动灵活等特点。解剖学、生理学研究表明：每只眼睛有6条肌肉，三个自由度，双眼不单独运动，而是在神经控制下进行共轭运动(扫视运动，平滑追踪)、异向运动(辐辏运动，散开运动)、稳态注视运动(震颤，微扫视，慢漂移)、反射运动(前庭动眼仿射，视动反射)等运动。目前的仿生眼睛大多是两自由度的，只有水平和竖直两个自由度。与此同时，有部分人对三自由度的仿生眼睛展开了研究，但这些仿生眼睛存在许多缺点，比如：体积大、机械结构复杂、精度低等。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种体积小巧、结构简单、定位精度高的三自由度仿生眼睛。
本发明提供了一种三自由度仿生眼睛，包括：
眼球，其为球形腔；
支架底座，其位于所述眼球内的后半部，所述支架底座在X轴方向、Y轴方向和Z轴方向上分别安装第一连接轴、第二连接轴和第三连接轴，所述第一连接轴、所述第二连接轴和所述第三连接轴连接交汇于所述眼球的球心处；
第一伺服电机，其与所述第一连接轴连接；
第二伺服电机，其与所述第二连接轴连接；
第三伺服电机，其与所述第三连接轴连接；
摄像装置，其位于所述眼球内的前半部，且位于与所述第二连接轴相对应的Y轴的反方向上，并与所述第一连接轴、所述第二连接轴和所述第三连接轴连接固定于所述眼球的球心处，所述摄像装置包括第一摄像头和第二摄像头。
作为本发明进一步的改进，所述摄像装置在所述第一伺服电机的驱动下上下运动。
作为本发明进一步的改进，所述摄像装置在所述第二伺服电机的驱动下旋转运动。
作为本发明进一步的改进，所述摄像装置在所述第三伺服电机的驱动下左右运动。
作为本发明进一步的改进，包括第一安装托、第二安装托和第三安装托，所述第一安装托位于所述第一连接轴和所述第一伺服电机之间，所述第二安装托位于所述第二连接轴和所述第二伺服电机之间，所述第三安装托位于所述第三连接轴和所述第三伺服电机之间。
作为本发明进一步的改进，还包括三轴伺服电机驱动器，所述第一伺服电机、所述第二伺服电机和所述第三伺服电机均与所述三轴伺服电机驱动器连接。
作为本发明进一步的改进，所述第一摄像头和所述第二摄像头左右相邻设置。
作为本发明进一步的改进，所述第一摄像头为广角短焦摄像头，所述第二摄像头为长焦摄像头。
本发明的有益效果为：结构简单，集成度高，可实现左右运动自由度、旋转运动自由度和俯仰运动自由度，通过两个摄像头的设置可以提高仿生眼睛的定位精度。
附图说明
图1为本发明实施例所述的一种三自由度仿生眼睛的结构示意图。
图中，
1、眼球；2、摄像装置；21、第一摄像头；22、第二摄像头；3、支架底座；31、第一连接轴；32、第二连接轴；33、第三连接轴；41、第一安装托；42、第二安装托；43、第三安装托；51、第一伺服电机；52、第二伺服电机；53、第三伺服电机。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
如图1所示，本发明实施例的一种三自由度仿生眼睛，包括眼球1、摄像装置2、支架底座3、三个连接轴、三个伺服电机、三个安装托和一个三轴伺服电机驱动器。三个连接轴包括第一连接轴31、第二连接轴32和第三连接轴33。三个伺服电机包括第一伺服电机51、第二伺服电机52和第三伺服电机53。三个安装托包括第一安装托41、第二安装托42和第三安装托43。
眼球1为球形腔。第一摄像头21和第二摄像头22左右相邻设置，其中，第一摄像头21为广角短焦摄像头，第二摄像头22为长焦摄像头。支架底座3位于眼球1内的后半部，支架底座3在X轴方向、Y轴方向和Z轴方向上分别安装第一连接轴31、第二连接轴32和第三连接轴33，第一连接轴31、第二连接轴32和第三连接轴33连接交汇于眼球1的球心处。第一伺服电机51与第一连接轴31连接，第二伺服电机52与第二连接轴32连接，第三伺服电机53与第三连接33轴连接。摄像装置2位于眼球1内的前半部，且位于与第二连接轴32相对应的Y轴的反方向上，并与第一连接轴31、第二连接轴32和第三连接轴33连接固定于眼球1的球心处。第一连接轴31和第一伺服电机之间51设有第一安装托41，用于固定第一伺服电机51。第二连接轴32和第二伺服电机52之间设有第二安装托42，用于固定第二伺服电机52。第三连接轴33和第三伺服电机53之间设有第三安装托43，用于固定第三伺服电机53。
第一伺服电机51、第二伺服电机52和第三伺服电机53均与一个三轴伺服电机驱动器连接，该三轴伺服电机驱动器用于驱动第一伺服电机51、第二伺服电机52和第三伺服电机53的运动。在第一伺服电机51、第二伺服电机52和第三伺服电机53的运动驱动下，该仿生眼睛可实现三自由度运动。摄像装置2在第一伺服电机51的运动驱动下上下运动，实现俯仰自由度。摄像装置2在第二伺服电机52的运动驱动下旋转运动，实现绕光轴旋转自由度。摄像装置2在第三伺服电机53的运动驱动下左右运动，实现左右自由度。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种三自由度仿生眼睛，其特征在于，包括：
眼球(1)，其为球形腔；
支架底座(3)，其位于所述眼球(1)内的后半部，所述支架底座(3)在X轴方向、Y轴方向和Z轴方向上分别安装第一连接轴(31)、第二连接轴(32)和第三连接轴(33)，所述第一连接轴(31)、所述第二连接轴(32)和所述第三连接轴(33)连接交汇于所述眼球(1)的球心处；
第一伺服电机(51)，其与所述第一连接轴(31)连接；
第二伺服电机(52)，其与所述第二连接轴(32)连接；
第三伺服电机(53)，其与所述第三连接轴(33)连接；
摄像装置(2)，其位于所述眼球(1)内的前半部，且位于与所述第二连接轴(32)相对应的Y轴的反方向上，并与所述第一连接轴(31)、所述第二连接轴(32)和所述第三连接轴(33)连接固定于所述眼球(1)的球心处，所述摄像装置(2)包括第一摄像头(21)和第二摄像头(22)。
2.根据权利要求1所述的三自由度仿生眼睛，其特征在于，所述摄像装置(2)在所述第一伺服电机(51)的驱动下上下运动。
3.根据权利要求1所述的三自由度仿生眼睛，其特征在于，所述摄像装置(2)在所述第二伺服电机(52)的驱动下旋转运动。
4.根据权利要求1所述的三自由度仿生眼睛，其特征在于，所述摄像装置(2)在所述第三伺服电机(53)的驱动下左右运动。
5.根据权利要求1所述的三自由度仿生眼睛，其特征在于，还包括第一安装托(41)、第二安装托(42)和第三安装托(43)，所述第一安装托(41)位于所述第一连接轴(31)和所述第一伺服电机(51)之间，所述第二安装托(42)位于所述第二连接轴(32)和所述第二伺服电机(52)之间，所述第三安装托(43)位于所述第三连接轴(33)和所述第三伺服电机(53)之间。
6.根据权利要求1所述的三自由度仿生眼睛，其特征在于，还包括三轴伺服电机驱动器，所述第一伺服电机(51)、所述第二伺服电机(52)和所述第三伺服电机(53)均与所述三轴伺服电机驱动器连接。
7.根据权利要求1所述的三自由度仿生眼睛，其特征在于，所述第一摄像头(21)和所述第二摄像头(22)左右相邻设置。
8.根据权利要求7所述的三自由度仿生眼睛，其特征在于，所述第一摄像头(21)为广角短焦摄像头，所述第二摄像头(22)为长焦摄像头。
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