CN106838563B - 一种机器人仿生机械云台 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机器人仿生机械云台，它包括一个球壳摄像机构、一个球壳驱动机构、一个球壳定位机构和一个动力传送装置。所述球壳摄像机构前端由保持架定位，后端由球壳定位机构定位，圆周方向由紧固滚柱、驱动滚柱定位。所述驱动机构基座、定位基板和动力传送基板分别通过螺杆定位、连接。所述电机通过传送带传递动力到滚柱，通过摩擦力驱动球壳摄像机构，实现摄像机多方位的运动，用于扩大摄像机的监测监控范围。本发明结构简单紧凑，易于控制，摄像观测范围广。

Description

一种机器人仿生机械云台
技术领域
本发明涉及机器人视觉导航与监测监控领域，是一种能应用于智能机器人视觉系统的机器人仿生机械云台。
背景技术
机器人代替人类在地面、水下以及空中进行作业是科技服务人类的典型体现。随着机器人技术的不断成熟和发展，机器人的研究重点也逐步转向在未知、复杂、动态环境中能独立完成给定任务的自主式移动机器人的研究。自主机器人的主要特征是能够借助自身的传感器系统实时地感知和理解环境信息，并自主完成任务规划和动作控制。因此，准确获取和理解环境信息是机器人完成任务的关键。
准确获取与理解外界环境信息是机器人完成任务的关键，随着机器人应用领域的不断扩大，机器人需要感知更大的视野以及对外部环境做出快速的响应。人类感知客观世界的80%以上信息是通过眼睛获得，对机器人来说，“眼睛”也是机器人的重要感知设备。由于摄像机视角限制，为了扩大机器人视觉对跟踪或注视目标的范围，大多数机器人的视觉系统都装有2维或3维的机械云台。机器人在复杂的环境下作业时，容易受到自身姿态变化、跟踪目标位置变化以及外界环境变化等因素影响，进而导致监测监控目标丢失等。因此，机器人迫切需要一种类似人眼一样，具有结构紧凑、运动灵活、响应快速的视觉系统。
发明内容
本发明的目的在于针对现有的技术缺陷，提供一种机器人仿生机械云台，以满足球体受摩擦力驱动、转向反馈控制、实时调节、目标跟踪多项技术要求，结构紧凑，控制简单，观测范围广。
为实现上述目的，本发明的构思是：
设计一个由多个滚柱驱动的机器人仿生机械云台，球壳内安装有摄像机，摄像机与球壳内部的电动机通过连杆相连，电动机安装在球壳内的球面轴承上，可使摄像机绕自身轴线旋转。通过不同滚柱对球壳的摩擦驱动，实现摄像机多方位观测。摄像机上装有定位装置，将信号反馈给控制系统后实现球壳转向的闭环控制。球壳的材料为轻质耐磨损的高碳纤维。为了防止球壳前后移动，前面使用带有球轴承的保持架定位，后部使用带有球轴承的定位圆柱定位，安装在基座上。滚柱由电动机通过传动带间接驱动。电动机固定装置上设有张紧轮，防止传动带松弛。每个电机上装有编码器，将检测到的滚柱转速反馈给控制器，实现电机转速的闭环控制。
根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种机器人仿生机械云台，包括一个球壳摄像机构、一个球壳驱动机构一个球壳定位机构和一个动力传送装置：
a.所述球壳摄像机构包括一个球壳，球壳的内部中央有一球面轴承，通过四根支撑连杆固连在球壳上，球壳内部的电动机一端通过第二连杆和球面轴承固连，另一端通过第一连杆和摄像头固连，实现摄像头的自转；摄像头的数据线和电动机的电源线通过球壳后端小孔伸出，分别连接到控制系统和电源上；
b.所述球壳驱动机构由保持架、滚柱套筒、紧固滚柱、驱动滚柱、滚柱架、橡胶板垫片、驱动机构基座、第一螺栓、弹性垫片、第一螺母组成，带有球轴承的保持架固连在驱动机构基座上，实现球壳的前端定位；所述驱动滚柱和紧固滚柱相应间隔放置，安装在滚柱架上，通过驱动滚柱的转动驱动所述球壳摄像机构的转动；所述滚柱套筒和驱动滚柱为过盈配合，安装在驱动滚柱的一侧；所述滚柱架通过第一螺栓、弹性垫片、第一螺母连接在驱动机构基座上，中间夹有橡胶板垫片；
c.所述球壳定位机构由第一螺杆、定位柱、第二螺母、定位基板、第二螺栓组成；所述定位柱一端装有球轴承，通过三个定位柱实现球壳摄像机构的后端定位；定位柱另一端通过第二螺母和第二螺栓连接在定位基板上；定位基板通过第一螺杆实现和驱动机构基座的定位连接；
d.所述动力传送装置包括传送带，第二螺杆，编码器，电机套筒，伺服电机，张紧轮，紧固螺钉，张紧装置，动力传送基板，电机固定架；所述伺服电机通过电机固定架固定在动力传送基板上，电机套筒和伺服电机的输出轴过盈配合，通过传送带与对应的滚柱套筒连接，实现动力传递到对应的驱动滚柱上；所述张紧装置通过紧固螺钉安装在电机固定架上，其上装有张紧轮，通过调节紧固螺钉，来调节张紧装置的位置，进而调整张紧轮位置，实现调节传送带的张紧力；伺服电机上安装有编码器，将驱动滚柱转速反馈给控制系统，实现伺服电机转速的调节；动力传送基板通过第二螺杆实现和定位基板的定位连接。
本发明与现有技术相比较，具有显而易见的显著特点和优点：
本发明机器人仿生机械云台由摩擦力驱动，具有体积小、重量轻、结构紧凑和稳定可靠等特点，可以实现大范围摄像观测。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是图1的模块分解图。
图3是模块A的结构示意图。
图4是模块B的结构示意图。
图5是模块C的结构示意图。
图6是模块D的结构示意图。
具体实施方式
本发明的优选实施例结合附图详述如下。
如图1和图2所示，一种机器人仿生机械云台，包括一个球壳摄像机构Ⅰ、一个球壳驱动机构Ⅱ、一个球壳定位机构Ⅲ和一个动力传送装置Ⅳ，
如图3所示，所述球壳摄像机构Ⅰ包括一个球壳Ⅰ-1，球壳Ⅰ-1的内部中央有一球面轴承Ⅰ-6，通过四根支撑连杆Ⅰ-5-A、Ⅰ-5-B、Ⅰ-5-C、Ⅰ-5-D固连在球壳Ⅰ-1上，球壳Ⅰ-1内部的电动机Ⅰ-4一端通过第二连杆Ⅰ-3-B和球面轴承Ⅰ-6固连，另一端通过第一连杆Ⅰ-3-A和摄像头Ⅰ-2固连，实现摄像头Ⅰ-2的自转；摄像头Ⅰ-2的数据线和电动机Ⅰ-4的电源线通过球壳Ⅰ-1后端小孔伸出，分别连接到控制系统和电源上；
如图4所示，所述球壳驱动机构Ⅱ由保持架Ⅱ-1、滚柱套筒Ⅱ-2、紧固滚柱Ⅱ-3、驱动滚柱Ⅱ-4、滚柱架Ⅱ-5、橡胶板垫片Ⅱ-6、驱动机构基座Ⅱ-7、第一螺栓Ⅱ-8、弹性垫片Ⅱ-9、第一螺母Ⅱ-10组成，带有球轴承的保持架Ⅱ-1固连在驱动机构基座Ⅱ-7上，实现球壳Ⅰ-1的前端定位；所述驱动滚柱Ⅱ-4和紧固滚柱Ⅱ-3相应间隔放置，安装在滚柱架Ⅱ-5上，通过驱动滚柱Ⅱ-4的转动驱动所述球壳摄像机构Ⅰ的转动；所述滚柱套筒Ⅱ-2和驱动滚柱Ⅱ-4为过盈配合，安装在驱动滚柱Ⅱ-4的一侧；所述滚柱架Ⅱ-5通过第一螺栓Ⅱ-8、弹性垫片Ⅱ-9、第一螺母Ⅱ-10连接在驱动机构基座Ⅱ-7上，中间夹有橡胶板垫片Ⅱ-6；
如图5所示，所述球壳定位机构Ⅲ由第一螺杆Ⅲ-1、定位柱Ⅲ-2、第二螺母Ⅲ-3、定位基板Ⅲ-4、第二螺栓Ⅲ-5组成；所述定位柱Ⅲ-2一端装有球轴承，通过三个定位柱Ⅲ-2实现球壳摄像机构Ⅰ的后端定位；定位柱Ⅲ-2另一端通过第二螺母Ⅲ-3和第二螺栓Ⅲ-5连接在定位基板Ⅲ-4上；定位基板Ⅲ-4通过第一螺杆Ⅲ-1实现和驱动机构基座Ⅱ-7的定位连接；
如图6所示，所述动力传送装置Ⅳ包括传送带Ⅳ-1，第二螺杆Ⅳ-2，编码器Ⅳ-3，电机套筒Ⅳ-4，伺服电机Ⅳ-5，张紧轮Ⅳ-6，紧固螺钉Ⅳ-7，张紧装置Ⅳ-8，动力传送基板Ⅳ-9，电机固定架Ⅳ-10；所述伺服电机Ⅳ-5通过电机固定架Ⅳ-10固定在动力传送基板Ⅳ-9上，电机套筒Ⅳ-4和伺服电机Ⅳ-5的输出轴过盈配合，通过传送带Ⅳ-1与对应的滚柱套筒Ⅱ-2连接，实现动力传递到对应的驱动滚柱Ⅱ-4上；所述张紧装置Ⅳ-8通过紧固螺钉Ⅳ-7安装在电机固定架Ⅳ-10上，其上装有张紧轮Ⅳ-6，通过调节紧固螺钉Ⅳ-7，来调节张紧装置Ⅳ-8的位置，进而调整张紧轮Ⅳ-6位置，实现调节传送带Ⅳ-1的张紧力；伺服电机Ⅳ-5上安装有编码器Ⅳ-3，将驱动滚柱Ⅱ-4转速反馈给控制系统，实现伺服电机Ⅳ-5转速的调节；动力传送基板Ⅳ-9通过第二螺杆Ⅳ-2实现和定位基板Ⅲ-4的定位连接。
本发明的定位原理如下：
所述球壳摄像机构Ⅰ前端由保持架Ⅱ-1定位，后端由球壳定位机构Ⅲ定位，圆周方向由紧固滚柱Ⅱ-3、驱动滚柱Ⅱ-4定位并且驱动。驱动机构基座Ⅱ-7、定位基板Ⅲ-4和动力传送基板Ⅳ-9分别通过第一螺杆Ⅲ-1、第二螺杆Ⅳ-2定位与连接。

Claims (1)

1.一种机器人仿生机械云台，包括一个球壳摄像机构(Ⅰ)、一个球壳驱动机构(Ⅱ)、一个球壳定位机构(Ⅲ)和一个动力传送装置(Ⅳ)，其特征在于：
a.所述球壳摄像机构(Ⅰ)包括一个球壳(Ⅰ-1)，球壳(Ⅰ-1)的内部中央有一球面轴承(Ⅰ-6)，通过四根支撑连杆(Ⅰ-5-A、Ⅰ-5-B、Ⅰ-5-C、Ⅰ-5-D)固连在球壳(Ⅰ-1)上，球壳(Ⅰ-1)内部的电动机(Ⅰ-4)一端通过第二连杆(Ⅰ-3-B)和球面轴承(Ⅰ-6)固连，另一端通过第一连杆(Ⅰ-3-A)和摄像头(Ⅰ-2)固连，实现摄像头(Ⅰ-2)的自转；摄像头(Ⅰ-2)的数据线和电动机(Ⅰ-4)的电源线通过球壳(Ⅰ-1)后端小孔伸出，分别连接到控制系统和电源上；
b.所述球壳驱动机构(Ⅱ)由保持架(Ⅱ-1)、滚柱套筒(Ⅱ-2)、紧固滚柱(Ⅱ-3)、驱动滚柱(Ⅱ-4)、滚柱架(Ⅱ-5)、橡胶板垫片(Ⅱ-6)、驱动机构基座(Ⅱ-7)、第一螺栓(Ⅱ-8)、弹性垫片(Ⅱ-9)、第一螺母(Ⅱ-10)组成，带有球轴承的保持架(Ⅱ-1)固连在驱动机构基座(Ⅱ-7)上，实现球壳(Ⅰ-1)的前端定位；所述驱动滚柱(Ⅱ-4)和紧固滚柱(Ⅱ-3)相应间隔放置，安装在滚柱架(Ⅱ-5)上，通过驱动滚柱(Ⅱ-4)的转动驱动所述球壳摄像机构(Ⅰ)的转动；所述滚柱套筒(Ⅱ-2)和驱动滚柱(Ⅱ-4)为过盈配合，安装在驱动滚柱(Ⅱ-4)的一侧；所述滚柱架(Ⅱ-5)通过第一螺栓(Ⅱ-8)、弹性垫片(Ⅱ-9)、第一螺母(Ⅱ-10)连接在驱动机构基座(Ⅱ-7)上，中间夹有橡胶板垫片(Ⅱ-6)；
c.所述球壳定位机构(Ⅲ)由第一螺杆(Ⅲ-1)、定位柱(Ⅲ-2)、第二螺母(Ⅲ-3)、定位基板(Ⅲ-4)、第二螺栓(Ⅲ-5)组成；所述定位柱(Ⅲ-2)一端装有球轴承，通过三个定位柱(Ⅲ-2)实现球壳摄像机构(Ⅰ)的后端定位；定位柱(Ⅲ-2)另一端通过第二螺母(Ⅲ-3)和第二螺栓(Ⅲ-5)连接在定位基板(Ⅲ-4)上；定位基板(Ⅲ-4)通过第一螺杆(Ⅲ-1)实现和驱动机构基座(Ⅱ-7)的定位连接；
d.所述动力传送装置(Ⅳ)包括传送带(Ⅳ-1)，第二螺杆(Ⅳ-2)，编码器(Ⅳ-3)，电机套筒(Ⅳ-4)，伺服电机(Ⅳ-5)，张紧轮(Ⅳ-6)，紧固螺钉(Ⅳ-7)，张紧装置(Ⅳ-8)，动力传送基板(Ⅳ-9)，电机固定架(Ⅳ-10)；所述伺服电机(Ⅳ-5)通过电机固定架(Ⅳ-10)固定在动力传送基板(Ⅳ-9)上，电机套筒(Ⅳ-4)和伺服电机(Ⅳ-5)的输出轴过盈配合，通过传送带(Ⅳ-1)与对应的滚柱套筒(Ⅱ-2)连接，实现动力传递到对应的驱动滚柱(Ⅱ-4)上；所述张紧装置(Ⅳ-8)通过紧固螺钉(Ⅳ-7)安装在电机固定架(Ⅳ-10)上，所述张紧装置(Ⅳ-8)上装有张紧轮(Ⅳ-6)，通过调节紧固螺钉(Ⅳ-7)，来调节张紧装置(Ⅳ-8)的位置，进而调整张紧轮(Ⅳ-6)位置，实现调节传送带(Ⅳ-1)的张紧力；伺服电机(Ⅳ-5)上安装有编码器(Ⅳ-3)，将驱动滚柱(Ⅱ-4)转速反馈给控制系统，实现伺服电机(Ⅳ-5)转速的调节；动力传送基板(Ⅳ-9)通过第二螺杆(Ⅳ-2)实现和定位基板(Ⅲ-4)的定位连接。
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