CN106956294B - 一种三自由度仿生眼 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种三自由度仿生眼，它包括电机组，支撑组，连杆组三部分。通过三个电机驱动转轮，推动连杆，从而使得摄像机底盘运动，摄像机具有三个自由度。所述连杆与转盘通过圆柱铰接，连杆与摄像机底盘通过球铰接连接。通过连杆和转盘不同位置的铰接，使摄像机工作空间发生变化。通过三个编码器齿轮与相应的三个电机齿轮啮合，测得电机转过的角度和转动速度，计算得到摄像机的位姿，反馈到控制系统，实现摄像头运动的闭环控制。本发明结构比较简单，整体占用空间小，可增大工作空间，减小盲角。

Description

一种三自由度仿生眼
技术领域
本发明涉及仿生机器人视觉领域，特别是一种三自由度仿生眼。
背景技术
在感知仿生学领域，有两个主要的研究方向，一方面是模仿人类对外部环境的感知，另一方面是模拟人类的想法和运动的感知功能。在对外部环境的感知中，其本质是对生物视觉，嗅觉，触觉，听觉等器官的模仿。其中，视觉系统是生物获得信息的主要手段。典型的视觉仿生系统是仿生眼。
随着科学技术的发展，机器人在日常生活中的应用越来越广泛，仿生眼也成为智能机器人获取信息的不可或缺的核心组件。由于仿生眼系统体积小，重量轻，可以安装在各种移动机器人，水下机器人和飞机上，在危险和不适合人类的环境中进行交通、军事、防爆、调查、救灾等，因此具有广阔的应用前景。
对于仿生眼系统来说，简单、灵活的机构是十分重要的。现在许多的扫地机器人，服务型机器人上安装的大多是单自由度摄像头，往往需要机器人转弯才能获取新信息，比较生硬。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种三自由度的仿生眼，使机器人更加灵活，加快智能化时代的到来。
为达到上述目的，本发明的构思是：
三个电机均匀分布在呈等边三角形分布的基座的三个面上。通过三个电机分别驱动三个连杆组，推动摄像机底盘的转动，从而使固定在摄像机底盘上的摄像机转动。连杆组由转盘和连杆组成，连杆和摄像机底盘通过球铰接连接，转盘上有多个圆柱孔，连杆与转盘通过圆柱铰接，通过连杆与不同圆柱孔的连接，可以使得连杆的行程发生变化，从而改变摄像机的运动范围。电机齿轮安装在电机轴上，位于转盘下面，通过编码器齿轮和电机齿轮的啮合，可以用编码器测得电机转动的角度和速度，并将其反馈给控制系统，实现摄像机的闭环控制。
根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种三自由度仿生眼，包括支撑组Ⅰ，电机组Ⅱ，连杆组Ⅲ三部分，所述支撑组Ⅰ包括基座，摄像机底盘，三个摄像机固定套，摄像机；所述电机组Ⅱ包括三个电机，三个电机齿轮，及对应的三个编码器和三个编码器齿轮；所述连杆组Ⅲ包括三个转盘和对应的三个连杆；在所述基座的呈等边三角形分布的侧面上布置三个电机和三个编码器，三个电机轴分别与对应的三个电机齿轮连接，三个编码器轴分别与对应的三个编码器齿轮连接，所述三个电机齿轮分别与对应的三个编码器齿轮啮合；所述三个转盘的中心孔分别与对应的三个电机轴连接，且位于对应的三个电机齿轮的上方；所述三个转盘的中心孔两侧各有三个连接孔，三个连杆的一端分别与对应的三个转盘的中心孔一侧的三个连接孔的其中一个连接孔通过圆柱铰接，另一端与摄像机底盘中的呈120°分布的三个支柱通过球铰连接；摄像机通过三个摄像机固定套固定在摄像机底盘的三个支柱上；通过改变三个连杆与三个转盘的铰接位置，使得摄像机工作空间变化，通过三个电机相互配合驱动三个连杆，从而实现摄像机三自由度转动。
摄像机信号线通过摄像机底盘的中心孔和基座的中心孔连接摄像机和控制系统，通过三对电机齿轮和编码器齿轮的啮合，测得三个电机转动的速度和转过的角度，从而准确计算摄像机的位姿，反馈给控制系统，实现摄像机运动的闭环控制。
本发明与现有技术相比较，具有显而易见的特点和优点：
1、本发明机械结构相对来说比较简单，控制简单，体积较小。
2、本发明三自由度仿生眼可以闭环控制摄像机的位姿，可以改变摄像机的工作空间的大小，缩小了盲区，应用范围比较广。
附图说明
图1是本发明一个实施例的轴测图。
图2是图1的前视图。
图3是图1的爆炸视图。
图4是图1的转盘前视图。
图5是图1的右视图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的一个优选实施例作进一步说明：
参考图1～图5，一种三自由度仿生眼，包括支撑组Ⅰ，电机组Ⅱ，连杆组Ⅲ三部分，所述支撑组Ⅰ包括基座Ⅰ-1，摄像机底盘Ⅰ-2，三个摄像机固定套Ⅰ-3-1，Ⅰ-3-2，Ⅰ-3-3，摄像机Ⅰ-4；所述电机组Ⅱ包括三个电机Ⅱ-2-1，Ⅱ-2-2，Ⅱ-2-3，三个电机齿轮Ⅱ-3-1，Ⅱ-3-2，Ⅱ-3-3，及对应的三个编码器Ⅱ-1-1，Ⅱ-1-2，Ⅱ-1-3和三个编码器齿轮Ⅱ-4-1，Ⅱ-4-2，Ⅱ-4-3；所述连杆组Ⅲ包括三个转盘Ⅲ-1-1，Ⅲ-1-2，Ⅲ-1-3和对应的三个连杆Ⅲ-2-1，Ⅲ-2-2，Ⅲ-2-3；在所述基座Ⅰ-1的呈等边三角形分布的侧面上布置三个电机Ⅱ-2-1，Ⅱ-2-2，Ⅱ-2-3和三个编码器Ⅱ-1-1，Ⅱ-1-2，Ⅱ-1-3，三个电机轴分别与对应的三个电机齿轮Ⅱ-3-1，Ⅱ-3-2，Ⅱ-3-3连接，三个编码器轴分别与对应的三个编码器齿轮Ⅱ-4-1，Ⅱ-4-2，Ⅱ-4-3连接，所述三个电机齿轮Ⅱ-3-1，Ⅱ-3-2，Ⅱ-3-3分别与对应的三个编码器齿轮Ⅱ-4-1，Ⅱ-4-2，Ⅱ-4-3啮合；所述三个转盘Ⅲ-1-1，Ⅲ-1-2，Ⅲ-1-3的中心孔分别与对应的三个电机轴连接，且位于对应的三个电机齿轮Ⅱ-3-1，Ⅱ-3-2，Ⅱ-3-3的上方；所述三个转盘Ⅲ-1-1，Ⅲ-1-2，Ⅲ-1-3的中心孔两侧各有三个连接孔，三个连杆Ⅲ-2-1，Ⅲ-2-2，Ⅲ-2-3的一端分别与对应的三个转盘Ⅲ-1-1，Ⅲ-1-2，Ⅲ-1-3的中心孔一侧的三个连接孔的其中一个连接孔通过圆柱铰接，另一端与摄像机底盘Ⅰ-2中的呈120°分布的三个支柱通过球铰连接；摄像机Ⅰ-4通过三个摄像机固定套Ⅰ-3-1，Ⅰ-3-2，Ⅰ-3-3固定在摄像机底盘Ⅰ-2的三个支柱上。如图4所示，转盘中心孔一侧有A、B、C三个连接孔，通过改变三个连杆Ⅲ-2-1，Ⅲ-2-2，Ⅲ-2-3与三个转盘Ⅲ-1-1，Ⅲ-1-2，Ⅲ-1-3的铰接位置，使得摄像机Ⅰ-4工作空间变化，工作空间大小与转盘连接孔的关系为A<B<C。通过三个电机Ⅱ-2-1，Ⅱ-2-2，Ⅱ-2-3相互配合驱动三个连杆Ⅲ-2-1，Ⅲ-2-2，Ⅲ-2-3，从而实现摄像机Ⅰ-4三自由度转动。
摄像机信号线通过摄像机底盘Ⅰ-2的中心孔和基座Ⅰ-1的中心孔连接摄像机Ⅰ-4和控制系统，通过三对电机齿轮Ⅱ-3-1，Ⅱ-3-2，Ⅱ-3-3和编码器齿轮Ⅱ-4-1，Ⅱ-4-2，Ⅱ-4-3的啮合，测得三个电机Ⅱ-2-1，Ⅱ-2-2，Ⅱ-2-3转动的速度和转过的角度，从而准确计算摄像机Ⅰ-4的位姿，反馈给控制系统，实现摄像机Ⅰ-4运动的闭环控制。

Claims (2)

1.一种三自由度仿生眼，包括支撑组Ⅰ，电机组Ⅱ，连杆组Ⅲ这三部分，所述支撑组Ⅰ包括基座(Ⅰ-1)、摄像机底盘(Ⅰ-2)、摄像机(Ⅰ-4)，所述电机组Ⅱ包括三个电机(Ⅱ-2-1，Ⅱ-2-2，Ⅱ-2-3)，其特征在于：所述支撑组Ⅰ还包括三个摄像机固定套(Ⅰ-3-1，Ⅰ-3-2，Ⅰ-3-3)，三个电机齿轮(Ⅱ-3-1，Ⅱ-3-2，Ⅱ-3-3)，及对应的三个编码器(Ⅱ-1-1，Ⅱ-1-2，Ⅱ-1-3)和三个编码器齿轮(Ⅱ-4-1，Ⅱ-4-2，Ⅱ-4-3)；所述连杆组Ⅲ包括三个转盘(Ⅲ-1-1，Ⅲ-1-2，Ⅲ-1-3)和对应的三个连杆(Ⅲ-2-1，Ⅲ-2-2，Ⅲ-2-3)；在所述基座(Ⅰ-1)的呈等边三角形分布的侧面上布置三个电机(Ⅱ-2-1，Ⅱ-2-2，Ⅱ-2-3)和三个编码器(Ⅱ-1-1，Ⅱ-1-2，Ⅱ-1-3)，三个电机轴分别与对应的三个电机齿轮(Ⅱ-3-1，Ⅱ-3-2，Ⅱ-3-3)连接，三个编码器轴分别与对应的三个编码器齿轮(Ⅱ-4-1，Ⅱ-4-2，Ⅱ-4-3)连接，所述三个电机齿轮(Ⅱ-3-1，Ⅱ-3-2，Ⅱ-3-3)分别与对应的三个编码器齿轮(Ⅱ-4-1，Ⅱ-4-2，Ⅱ-4-3)啮合；所述三个转盘(Ⅲ-1-1，Ⅲ-1-2，Ⅲ-1-3)的中心孔分别与对应的三个电机轴连接，且位于对应的三个电机齿轮(Ⅱ-3-1，Ⅱ-3-2，Ⅱ-3-3)的上方；所述三个转盘(Ⅲ-1-1，Ⅲ-1-2，Ⅲ-1-3)的中心孔两侧各有三个连接孔，三个连杆(Ⅲ-2-1，Ⅲ-2-2，Ⅲ-2-3)的一端分别与对应的三个转盘(Ⅲ-1-1，Ⅲ-1-2，Ⅲ-1-3)的中心孔一侧的三个连接孔的其中一个连接孔通过圆柱铰接，另一端与摄像机底盘(Ⅰ-2)中的呈120°分布的三个支柱通过球铰连接；摄像机(Ⅰ-4)通过三个摄像机固定套(Ⅰ-3-1，Ⅰ-3-2，Ⅰ-3-3)固定在摄像机底盘(Ⅰ-2)的三个支柱上；通过改变三个连杆(Ⅲ-2-1，Ⅲ-2-2，Ⅲ-2-3)与三个转盘(Ⅲ-1-1，Ⅲ-1-2，Ⅲ-1-3)的铰接位置，使得摄像机(Ⅰ-4)工作空间变化，通过三个电机(Ⅱ-2-1，Ⅱ-2-2，Ⅱ-2-3)相互配合驱动三个连杆(Ⅲ-2-1，Ⅲ-2-2，Ⅲ-2-3)，从而实现摄像机(Ⅰ-4)三自由度转动。
2.根据权利要求1所述的一种三自由度仿生眼，其特征在于：摄像机信号线通过摄像机底盘(Ⅰ-2)的中心孔和基座(Ⅰ-1)的中心孔连接摄像机(Ⅰ-4)和控制系统，通过三对电机齿轮(Ⅱ-3-1，Ⅱ-3-2，Ⅱ-3-3)和编码器齿轮(Ⅱ-4-1，Ⅱ-4-2，Ⅱ-4-3)的啮合，测得三个电机(Ⅱ-2-1，Ⅱ-2-2，Ⅱ-2-3)转动的速度和转过的角度，从而准确计算摄像机(Ⅰ-4)的位姿，反馈给控制系统，实现摄像机(Ⅰ-4)运动的闭环控制。
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