CN106641666B - 一种土工离心模拟试验用四自由度摄像头支架 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种土工离心模拟试验用四自由度摄像头支架，其中，夹板的两端分别置于两条横杆上并能够移动，夹板的中部设有竖向通孔，基座的上段为圆柱且穿过夹板的竖向通孔内，基座下段的两侧分别设有基座横柱，摄像头夹盖的上端通过转轴旋转安装于基座的中部，摄像头夹盖的中下段内部设有摄像头空腔，摄像头夹盖的下端两侧分别设有夹盖凸块，夹盖凸块与同侧的基座横柱之间分别与连接杆的两端可移动且可旋转连接。本发明所述土工离心模拟试验用四自由度摄像头支架实现了摄像头夹盖四自由度调节的功能，能够安装专用摄像头，具有足够的直线和旋转调节范围，使其能够按需求实现模型箱内任一处位置的监控，满足同一模型箱内不同模拟试验的需求。

Description

一种土工离心模拟试验用四自由度摄像头支架
技术领域
本发明涉及一种土工离心模拟试验用辅助装置，尤其涉及一种土工离心模拟试验用四自由度摄像头支架。
背景技术
在岩土工程领域，土工离心模拟试验利用缩尺比原理，将装有土工模型的模型箱置于离心机吊篮中，模型受到数倍于重力的离心力，使尺寸缩小的模型土体再现原土体的应力状态。
为实现土工离心模拟试验过程中模拟试验关注点的监测和图像采集，需要在模型箱附近设置摄像头，摄像头通过摄像头支架固定。因为每次土工离心模拟试验的关注点不同，为保证摄像头支架有一定通用性，要求摄像头支架有足够的调节范围。而在离心模拟试验中，摄像头受到强离心力载荷，商业用摄像头支架已难以保护摄像头的安全，同时具备调节功能的商业用摄像支架结构在离心力场中也会失效。为保护摄像头的安全且能捕捉到模拟试验需要的图像，现行土工离心模拟试验中，主要采用以下两种方法安装摄像头：
第一种方法是在模型箱外的吊篮上通过固定支架安装摄像头，通过调节摄像头焦距可以得到土工模型的全景图像；第二种方法是根据需要在模型箱箱壁上用固定支架安装摄像头，若要大范围改变摄像头的关注焦点，须通过改变固定支架的安装位置来实现。
上述两种传统方法的缺陷是：
第一种方法的缺陷：采用在模型箱外固定位置安装摄像头，因为距离较远，图像较为模糊，所以无法得到局部清晰的图像；
第二种方法的缺陷：摄像头安装在模型箱箱壁上，使摄像头视角受限致，即使摄像头支架有一定调节范围，摄像死角也无法避免，所以通用性差，有摄像死角。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种具有足够刚度和足够调节范围的土工离心模拟试验用四自由度摄像头支架。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种土工离心模拟试验用四自由度摄像头支架，包括横杆、夹板、基座和摄像头夹盖，所述夹板的两端分别置于两条所述横杆上并能够在所述横杆的轴向方向移动，所述夹板的中部设有竖向通孔，所述基座的上段为圆柱且穿过所述夹板的竖向通孔内，所述基座下段的两侧分别设有对称分布的基座横柱，所述摄像头夹盖的上端通过转轴旋转安装于所述基座的中部，所述摄像头夹盖的中下段内部设有用于夹持摄像头的摄像头空腔，所述摄像头夹盖的下端两侧分别设有对称分布的夹盖凸块，所述夹盖凸块与同侧的所述基座横柱之间分别与连接杆的两端可移动且可旋转连接。
上述结构中，横杆作为主承重杆，一方面用于与夹板连接，另一方面便于安装在试验模型箱的顶部两侧箱壁上，两条横杆组成的横移支架可以带动整个摄像头支架和摄像头在与所述横杆的轴向垂直的方向移动；夹板作为中间承重板，一方面用于安装基座和摄像头夹盖，另一方面通过其两端安装在横杆上并可以带动基座、摄像头夹盖和摄像头在与所述横杆的轴向平行的方向移动；基座的上段为圆柱并置于夹板的竖向通孔内，在连接夹板与基座的同时使基座可以带动摄像头夹盖和摄像头绕自身中心轴线旋转；摄像头夹盖的上端与基座通过转轴旋转连接，摄像头夹盖的下端两侧分别通过连接杆与基座下段两侧之间可移动且可旋转连接，使摄像头夹盖可以带动摄像头绕转轴旋转。
为了使横杆被限位、移动更加顺畅且便于被夹板夹持，所述横杆两端的下部分别设有用于卡装在试验模型箱顶部箱壁上的横杆直角缺口；所述横杆上靠近所述夹板的一侧设有与所述横杆同轴向的直角缺口条。
为了确保达到离心试验所需的高强度且便于加工并便于安装基座，所述夹板由四个形状和尺寸均相同的子夹板对称组装而成，所述子夹板的两端下部分别设有夹板直角缺口，所述子夹板的中段一侧设有半圆形凹槽，所述子夹板上设有竖向和横向的夹板螺孔；上层的两个所述子夹板对称排列且由对应的两个所述半圆形凹槽构成一个正圆形通孔，下层的两个所述子夹板对称排列且由对应的两个所述半圆形凹槽构成一个正圆形通孔，上层的正圆形通孔和下层的正圆形通孔构成所述夹板的竖向通孔，上层的所述子夹板两端的夹板直角缺口与下层的所述子夹板两端的夹板直角缺口共同构成所述夹板两端的夹持槽，所述夹板的两端分别通过对应的所述夹持槽夹持在两条所述横杆上。
为了便于组装夹板，所述子夹板的上边或下边的一侧凸起形成凸条，横向的夹板螺孔设于所述凸条上，上层横向并列的两个所述子夹板上部的所述凸条之间、下层横向并列的两个所述子夹板下部的所述凸条之间、上下层对应的两个所述子夹板之间分别通过螺栓连接。
为了提高摄像头夹盖安装后的平衡性，所述基座的中下段设有下端开口的基座内腔，所述摄像头夹盖的上端由下而上穿过所述基座内腔并通过所述转轴旋转安装于所述基座内腔的上部。
为了便于加工摄像头夹盖并便于安装摄像头，所述摄像头夹盖由两个形状和尺寸均相同的子夹盖对称组装而成，所述子夹盖的上端设有夹盖轴孔，所述子夹盖的中下段设有夹盖凹槽，所述子夹盖的下端两侧分别设有子夹盖凸块，所述子夹盖的中段设有多个夹盖螺孔；两个所述子夹盖的夹盖凹槽组成所述摄像头空腔，同侧的两个所述子夹盖凸块组成所述夹盖凸块。
为了便于通过螺栓固定摄像头夹盖与基座的位置，所述基座的下端设有多个基座螺孔，多个所述基座螺孔分布在以所述转轴与所述基座的交点为圆心的虚拟弧线上；为了稳定连接摄像头夹盖和基座且便于摄像头夹盖摆动旋转，所述基座横柱设有基座横柱内腔，横向的圆柱销的两端穿过所述基座横柱内腔的两侧对称腔壁上的通孔，所述圆柱销的中部设有圆柱销通孔；所述夹盖凸块设有夹盖凸块内腔，横向的方柱销的两端分别置于所述夹盖凸块内腔的两侧对称腔壁上的沉孔内，所述方柱销的中部设有方柱销通孔；所述连接杆为螺杆且其两端分别穿过所述圆柱销通孔和所述方柱销通孔并通过螺母固定。
为了便于快速连接基座和夹板，所述基座的上端设有直径大于所述夹板的竖向通孔直径的端盖，所述端盖位于所述夹板的竖向通孔的上方。
本发明的有益效果在于：
本发明通过横杆和夹板的配合结构实现了摄像头夹盖在两个相互垂直的水平直线方向的移动功能，通过夹板、基座和摄像头夹盖的配合结构实现了摄像头夹盖在绕基座中心轴线旋转的360°旋转方向和绕转轴旋转的小角度旋转摆动方向的旋转功能，最终实现了摄像头夹盖四自由度调节的功能；本发明所述土工离心模拟试验用四自由度摄像头支架能够安装专用摄像头，具有足够的直线和旋转调节范围，使其能够按需求实现模型箱内任一处位置的监控，能够满足同一模型箱内不同模拟试验的需求，各个自由度的调节结构稳定可靠，能够适应高离心力场的工作环境，调节方式简单可靠且每个方向调整后均能稳固锁紧。
附图说明
图1是本发明所述土工离心模拟试验用四自由度摄像头支架安装于试验模型箱内的立体图，其中的试验模型箱为剖视效果；
图2是本发明所述土工离心模拟试验用四自由度摄像头支架的立体图；
图3是本发明所述土工离心模拟试验用四自由度摄像头支架的剖视图；
图4是本发明所述子夹板的立体图；
图5是本发明所述基座的主视剖视图；
图6是本发明所述基座的侧视图；
图7是本发明所述子盖板的立体图；
图8是本发明所述方柱销的立体图；
图9是本发明所述圆柱销的立体图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，本发明所述土工离心模拟试验用四自由度摄像头支架2安装于试验模型箱1内，用于安装摄像头且使摄像头(图中未示)能够对准试验模型箱1内各个位置摄像，以协助完成离心试验。
如图2所示，本发明所述土工离心模拟试验用四自由度摄像头支架2包括横杆21、夹板20、基座22和摄像头夹盖24，为了便于理解，下面先分别对各部件的具体结构进行说明，然后再具体说明各部件之间的连接结构。
如图2所示，横杆21两端的下部分别设有用于卡装在试验模型箱1(见图1的试验模型箱1)顶部箱壁上的横杆直角缺口(图中未标记，但易于理解)；横杆21上靠近夹板20的一侧设有与横杆21同轴向的直角缺口条(图中未标记，但易于理解)。
如图2和图4所示，夹板20由四个形状和尺寸均相同的子夹板201对称组装而成，子夹板201的两端下部分别设有夹板直角缺口202，子夹板201的中段一侧设有半圆形凹槽204，子夹板201上设有竖向和横向的夹板螺孔203；上层的两个子夹板201对称排列且由对应的两个半圆形凹槽204构成一个正圆形通孔，下层的两个子夹板201对称排列且由对应的两个半圆形凹槽构204成一个正圆形通孔，上层的正圆形通孔和下层的正圆形通孔构成夹板20中部的竖向通孔(图中未标记)，上层的子夹板201两端的夹板直角缺口202与下层的子夹板201两端的夹板直角缺口202共同构成夹板20两端的夹持槽(图中未标记)，夹板20的两端分别通过对应的所述夹持槽夹持在两条横杆21的直角缺口条上；子夹板201的上边或下边的一侧凸起形成凸条(图中未标记)，横向的夹板螺孔203设于该凸条上，上层横向并列的两个子夹板201上部的凸条之间、下层横向并列的两个子夹板201下部的凸条之间、上下层对应的两个子夹板201之间分别通过螺栓连接。
如图3、图5和图6所示，基座22的上端设有直径大于夹板20的竖向通孔直径的端盖(图中未标记)，基座22的上段为圆柱且其中心设有条形减重孔221，基座22的中下段设有下端开口的基座内腔(图中未标记)，基座内腔的下端呈弧形且开口形成用于摄像头夹盖24摆动的弧形槽225，基座内腔的上部设有用于安装转轴26的基座轴孔222，基座22的下段的两侧分别设有对称分布的基座横柱224，基座横柱224设有基座横柱内腔(图中未标记)，基座22的下端设有多个基座螺孔223，多个基座螺孔223分布在以转轴26与基座22的交点为圆心的虚拟弧线上。
如图2和图7所示，摄像头夹盖24由两个形状和尺寸均相同的子夹盖241对称组装而成，子夹盖241的上端设有夹盖轴孔242，子夹盖241的中下段设有夹盖凹槽245，夹盖凹槽245的上部设有用于摄像头电线穿过的出线槽243，子夹盖241的下端两侧分别设有子夹盖凸块246，子夹盖凸块246上设有夹盖销孔247，子夹盖241的中段设有多个夹盖螺孔244；两个子夹盖241的夹盖凹槽245组成用于夹持摄像头且位于摄像头夹盖24内部的下端开口的摄像头空腔，同侧的两个子夹盖凸块246组成摄像头夹盖24的夹盖凸块，同侧的两个子夹盖凸块246之间留下的空隙形成摄像头夹盖24的夹盖凸块的夹盖凸块内腔。
如图8所示，方柱销25的中段截面为四方形，两端为圆柱251且其外径小于中段，在其中部设有方柱销通孔252；如图9所示，圆柱销28为圆柱形，一端设有外径更大的销帽，另一端设有用于销栓穿过的栓孔，中段设有圆柱销通孔281。
如图2-图9所示，夹板20的两端分别通过夹持槽夹持于两条横杆21的直角缺口条上并能够在横杆21的轴向方向移动，基座22的上段穿过夹板20的竖向通孔，基座22上部的端盖位于夹板20的竖向通孔的上方，摄像头夹盖24的上端由下而上穿过基座22的基座内腔并通过转轴26旋转安装于基座内腔的上部，摄像头夹盖24的夹盖凸块与同侧的基座横柱224之间分别与连接螺杆23的两端可移动且可旋转连接，横向的方柱销25两端的圆柱251分别置于摄像头夹盖24的夹盖凸块的夹盖凸块内腔的两侧对称腔壁上的沉孔内，横向的圆柱销28的两端穿过基座横柱224的基座横柱内腔的两侧对称腔壁上的通孔，连接螺杆23的两端分别穿过圆柱销通孔281和所述方柱销通孔252并通过螺母7固定。
如图1-图9所示，应用时，将摄像头安装在摄像头夹盖24的摄像头空腔中，工作人员可以根据需要完成以下位置调节：
移动横杆21，可以实现摄像头在与横杆21垂直的水平方向的直线移动调节；
移动夹板20，可以实现摄像头在横杆21的轴向方向(也为水平方向)的直线移动调节；
旋转基座22，可以实现摄像头在绕基座自身中心轴线旋转的旋转方向旋转；
摆动旋转摄像头夹盖24，可以实现摄像头在绕转轴26旋转的旋转方向摆动旋转。
上述四种运动，可以实现摄像头的四自由度调节，从而使其可以对准试验模型箱1内的任何位置摄像和拍照。在调节过程中，调节前都需要先松开螺栓，调节完成后再拧紧螺栓，以确保其适应高离心力场的工作环境。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (8)

1.一种土工离心模拟试验用四自由度摄像头支架，其特征在于：包括横杆、夹板、基座和摄像头夹盖，所述夹板的两端分别置于两条所述横杆上并能够在所述横杆的轴向方向移动，所述夹板的中部设有竖向通孔，所述基座的上段为圆柱且穿过所述夹板的竖向通孔内，所述基座下段的两侧分别设有对称分布的基座横柱，所述摄像头夹盖的上端通过转轴旋转安装于所述基座的中部，所述摄像头夹盖的中下段内部设有用于夹持摄像头的摄像头空腔，所述摄像头夹盖的下端两侧分别设有对称分布的夹盖凸块，所述夹盖凸块与同侧的所述基座横柱之间分别与连接杆的两端可移动且可旋转连接。
2.根据权利要求1所述的土工离心模拟试验用四自由度摄像头支架，其特征在于：所述横杆两端的下部分别设有用于卡装在试验模型箱顶部箱壁上的横杆直角缺口；所述横杆上靠近所述夹板的一侧设有与所述横杆同轴向的直角缺口条。
3.根据权利要求1所述的土工离心模拟试验用四自由度摄像头支架，其特征在于：所述夹板由四个形状和尺寸均相同的子夹板对称组装而成，所述子夹板的两端下部分别设有夹板直角缺口，所述子夹板的中段一侧设有半圆形凹槽，所述子夹板上设有竖向和横向的夹板螺孔；上层的两个所述子夹板对称排列且由对应的两个所述半圆形凹槽构成一个正圆形通孔，下层的两个所述子夹板对称排列且由对应的两个所述半圆形凹槽构成一个正圆形通孔，上层的正圆形通孔和下层的正圆形通孔构成所述夹板的竖向通孔，上层的所述子夹板两端的夹板直角缺口与下层的所述子夹板两端的夹板直角缺口共同构成所述夹板两端的夹持槽，所述夹板的两端分别通过对应的所述夹持槽夹持在两条所述横杆上。
4.根据权利要求3所述的土工离心模拟试验用四自由度摄像头支架，其特征在于：所述子夹板的上边或下边的一侧凸起形成凸条，横向的夹板螺孔设于所述凸条上，上层横向并列的两个所述子夹板上部的所述凸条之间、下层横向并列的两个所述子夹板下部的所述凸条之间、上下层对应的两个所述子夹板之间分别通过螺栓连接。
5.根据权利要求1所述的土工离心模拟试验用四自由度摄像头支架，其特征在于：所述基座的中下段设有下端开口的基座内腔，所述摄像头夹盖的上端由下而上穿过所述基座内腔并通过所述转轴旋转安装于所述基座内腔的上部。
6.根据权利要求1或5所述的土工离心模拟试验用四自由度摄像头支架，其特征在于：所述摄像头夹盖由两个形状和尺寸均相同的子夹盖对称组装而成，所述子夹盖的上端设有夹盖轴孔，所述子夹盖的中下段设有夹盖凹槽，所述子夹盖的下端两侧分别设有子夹盖凸块，所述子夹盖的中段设有多个夹盖螺孔；两个所述子夹盖的夹盖凹槽组成所述摄像头空腔，同侧的两个所述子夹盖凸块组成所述夹盖凸块。
7.根据权利要求6所述的土工离心模拟试验用四自由度摄像头支架，其特征在于：所述基座的下端设有多个基座螺孔，多个所述基座螺孔分布在以所述转轴与所述基座的交点为圆心的虚拟弧线上；所述基座横柱设有基座横柱内腔，横向的圆柱销的两端穿过所述基座横柱内腔的两侧对称腔壁上的通孔，所述圆柱销的中部设有圆柱销通孔；所述夹盖凸块设有夹盖凸块内腔，横向的方柱销的两端分别置于所述夹盖凸块内腔的两侧对称腔壁上的沉孔内，所述方柱销的中部设有方柱销通孔；所述连接杆为螺杆且其两端分别穿过所述圆柱销通孔和所述方柱销通孔并通过螺母固定。
8.根据权利要求6所述的土工离心模拟试验用四自由度摄像头支架，其特征在于：所述基座的上端设有直径大于所述夹板的竖向通孔直径的端盖，所述端盖位于所述夹板的竖向通孔的上方。
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