CN107414886A - 一种柔索驱动的三自由度仿生眼 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种柔索驱动的三自由度仿生眼,它包括动力组,支撑组,传动三部分。通过四个电机拉伸同侧柔索,使得摄像头具有两个自由度。通过四个电机拉伸对角柔索,使得摄像头可以绕柔性梁小端轴线旋转,从而摄像头具有三个自由度。由于本发明结构简单,采用柔索,柔性梁,没有齿轮结构,降低了噪声。另外,摄像头获得摇摆自由度时,由于柔性梁的弯曲效果,使得摄像头有平移,增大了视角,适用于探测应用。
Description
技术领域
本发明涉及仿生眼领域,特别是一种柔索驱动的三自由度仿生眼。
背景技术
视觉是人类获取外部世界的信息的重要来源,五彩缤纷的大千世界正是系统感知的。而且在人类所有的感官中,视觉系统的感受细胞多、功能精巧、、结构复杂、提供的信息最多。视觉研究是神经科学中一个发展较早、成果较多的分支。把类似于人类视觉的功能赋予机器人同样具有重要意义,会极大地增强其感知世界、适应环境的能力,由此,仿生眼技术对于机器人来说是尤为重要的。
眼睛是心灵的窗户。传统机器人往往只是单单地安装了一个摄像头,不能像人眼一般灵活地转动,给人十分生硬的感觉,而且获取信息极为不便。由此,研究一种像人眼一般灵活的仿生眼是迫切需要的。
现在常见的摄像头平台大多是两个自由度,不能做到拟人化。三自由度的仿生眼又大多数是基于机械结构的,往往重量大,体积大,噪声大,应用场景受限。
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柔索驱动的三自由度仿生眼,采用了柔索和柔性梁,大大地降低了噪音,减轻了重量,而且由于柔性梁的弯曲效果,增大了摄像头的视角范围,应用于巡航,监测等场合。
为实现上述目的,本发明的构思是:
四个电机通过电机架安装在基座下面,在基座对应位置的上面安装有导轮架,两个导轮架在基座上部呈180°分布。通过柔性梁连接摄像头底盘和基座。柔性梁与基座通过螺纹紧固连接,与摄像头底盘通过滚柱轴承连接。在摄像头底盘上铸有四个耳环,两个为一对,呈180°分布。摄像头底盘中心两侧的对应耳环的连线与基座上导轮架的连线垂直。两对耳环中各取同侧的一只,用柔索连接耳环通过基座导轮架的导轮,连接到对应的卷筒上。通过四个电机配合驱动四根柔索,可以使得摄像头底盘具有三个自由度。通过每个电机对应的编码器,可以得到对应电机的转速和转角,从而可以计算得出摄像头的位姿,反馈到控制系统,实现摄像头的闭环控制。
根据上述发明构思,本发明采用下述技术方案:
一种柔索驱动的三自由度仿生眼,包括动力组,支撑组,传动组三部分,所述动力组包括四个电机及四个对应的四个编码器,四个卷筒;所述支撑组包括两个电机架,基座,两个导轮支架及四个圆柱销,柔性梁,摄像头底盘,滚柱轴承,摄像头;所述传动组包括四个导轮,四根柔索;两个电机安装在电机架上,另外两个电机安装在另一个电机架,两个电机架固定在基座下部呈180°安装,四个编码器分别与对应的四个电机连接,四个电机的电机轴分别与对应的四个卷筒连接;所述导轮支架安装在两个电机的电机轴在基座上部的投影位置,两个导轮分别通过对应的两个圆柱销安装在导轮支架上;另一个导轮支架安装在另外两个电机的电机轴在基座上部的投影位置,另外两个导轮分别通过对应的两个圆柱销安装在另一个导轮支架上;所述柔性梁的大端通过螺纹固连到基座上,其小端通过滚柱轴承与摄像头底盘连接,摄像头固定在摄像头底盘上;在摄像头底盘下部铸有四个耳环,其中两个耳环为一对,另外两个耳环为一对,两对耳环呈180°分布在摄像头底盘下部直径两侧,这条直径与基座上两个导轮支架中心的连线垂直;所述四根柔索分别通过对应的四个导轮分别将四个耳环和对应的四个卷筒连接起来,四根柔索分别缠绕在对应的四个卷筒上面;通过四个电机驱动四根柔索的长度发生变化,使得柔性梁弯曲,摄像头具有了两个自由度;通过拉短对角柔索,放长另一对角柔索,使得摄像头底盘绕着柔性梁细端的轴线转过一定的角度,从而使得摄像头具有三个自由度,通过四个编码器测得四个电机转动的角度和转速,反馈给控制系统,计算出摄像头的位姿,实现摄像头的闭环控制。
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,采用了柔性梁和柔索,降低了系统的噪音,整体占用空间小。
2、本发明柔索驱动三自由度仿生眼在摄像头获得摆动自由度的同时,柔性梁产生同方向的移动,使得视角范围更广,有利于侦察。
附图说明
图1是本发明一个实施例的整体图。
图2是图1的柔性梁弯曲时的一种姿态。
图3是图1的爆炸视图。
图4是图1中A的局部放大图。
图5是摄像头底盘的轴测图。
图6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5,1、一种柔索驱动的三自由度仿生眼,包括动力组Ⅰ,支撑组Ⅱ,传动组Ⅲ三部分,其特征在于,所述动力组Ⅰ包括四个电机Ⅰ-1,Ⅰ-2,Ⅰ-3,Ⅰ-4及四个对应的四个编码器Ⅰ-1-1,Ⅰ-2-1,Ⅰ-3-1,Ⅰ-4-1,四个卷筒Ⅰ-1-2,Ⅰ-2-2,Ⅰ-3-2,Ⅰ-4-2;所述支撑组Ⅱ包括两个电机架Ⅱ-1,Ⅱ-2,基座Ⅱ-3,两个导轮支架Ⅱ-4,Ⅱ-5及四个圆柱销Ⅱ-4-1,Ⅱ-4-2,Ⅱ-5-1,Ⅱ-5-2,柔性梁Ⅱ-6,摄像头底盘Ⅱ-7,滚柱轴承Ⅱ-8,摄像头Ⅱ-9;所述传动组Ⅲ包括四个导轮Ⅲ-1,Ⅲ-2,Ⅲ-3,Ⅲ-4,四根柔索Ⅲ-1-1,Ⅲ-2-1,Ⅲ-3-1,Ⅲ-4-1;两个电机Ⅰ-1,Ⅰ-2安装在电机架Ⅱ-1上,另外两个电机Ⅰ-3,Ⅰ-4安装在另一个电机架Ⅱ-2,两个电机架Ⅱ-1,Ⅱ-2固定在基座Ⅱ-3下部呈180°安装,四个编码器Ⅰ-1-1,Ⅰ-2-1,Ⅰ-3-1,Ⅰ-4-1分别与对应的四个电机Ⅰ-1,Ⅰ-2,Ⅰ-3,Ⅰ-4连接,四个电机Ⅰ-1,Ⅰ-2,Ⅰ-3,Ⅰ-4的电机轴分别与对应的四个卷筒Ⅰ-1-2,Ⅰ-2-2,Ⅰ-3-2,Ⅰ-4-2连接;所述导轮支架Ⅱ-4安装在两个电机Ⅰ-1,Ⅰ-2的电机轴在基座Ⅱ-3上部的投影位置,两个导轮Ⅲ-1,Ⅲ-2分别通过对应的两个圆柱销Ⅱ-4-1,Ⅱ-4-2安装在导轮支架Ⅱ-4上;另一个导轮支架Ⅱ-5安装在另外两个电机Ⅰ-3,Ⅰ-4的电机轴在基座Ⅱ-3上部的投影位置,另外两个导轮Ⅲ-3,Ⅲ-4分别通过对应的两个圆柱销Ⅱ-5-1,Ⅱ-5-2安装在另一个导轮支架Ⅱ-5上;所述柔性梁Ⅱ-6的大端通过螺纹固连到基座Ⅱ-3上,其小端通过滚柱轴承Ⅱ-8与摄像头底盘Ⅱ-7连接,摄像头Ⅱ-9固定在摄像头底盘Ⅱ-7上;在摄像头底盘Ⅱ-7下部铸有四个耳环Ⅱ-7-1,Ⅱ-7-2,Ⅱ-7-3,Ⅱ-7-4,其中两个耳环Ⅱ-7-1,Ⅱ-7-4为一对,另外两个耳环Ⅱ-7-2和Ⅱ-7-3为一对,两对耳环呈180°分布在摄像头底盘Ⅱ-7下部直径两侧,这条直径与基座Ⅱ-3上两个导轮支架Ⅱ-4,Ⅱ-5中心的连线垂直。
所述柔索Ⅲ-1-1通过导轮Ⅲ-1将耳环Ⅱ-7-1和卷筒Ⅰ-1-2连接起来,柔索Ⅲ-1-1缠绕在卷筒Ⅰ-1-2上面。柔索Ⅲ-2-1通过导轮Ⅲ-2将耳环Ⅱ-7-2和卷筒Ⅰ-2-2连接起来,柔索Ⅲ-2-1缠绕在卷筒Ⅰ-2-2上面。柔索Ⅲ-3-1通过导轮Ⅲ-3将耳环Ⅱ-7-3和卷筒Ⅰ-3-2连接起来,柔索Ⅲ-3-1缠绕在卷筒Ⅰ-3-2上面。柔索Ⅲ-4-1通过导轮Ⅲ-4将耳环Ⅱ-7-4和卷筒Ⅰ-4-2连接起来,柔索Ⅲ-4-1缠绕在卷筒Ⅰ-4-2上面。
通过四个电机Ⅰ-1,Ⅰ-2,Ⅰ-3,Ⅰ-4互相配合,拉动同侧的两根柔索Ⅲ-1-1,Ⅲ-2-1或Ⅲ-3-1,Ⅲ-4-1或Ⅲ-1-1,Ⅲ-4-1或Ⅲ-2-1,Ⅲ-3-1,同时放松另一侧的两根柔索Ⅲ-3-1,Ⅲ-4-1或Ⅲ-1-1,Ⅲ-2-1或Ⅲ-2-1,Ⅲ-3-1或Ⅲ-1-1,Ⅲ-4-1,可使摄像头Ⅱ-9实现俯仰,摇摆两自由度运动。通过拉动对角的两根柔索Ⅲ-1-1,Ⅲ-3-1或Ⅲ-2-1,Ⅲ-4-1,放松另一对角的两根柔索Ⅲ-2-1,Ⅲ-4-1或Ⅲ-1-1,Ⅲ-3-1,可以使得摄像头Ⅱ-9绕柔性梁Ⅱ-6小端轴线转动一定的角度,从而使摄像头Ⅱ-9具有三个自由度。
通过四个编码器Ⅰ-1-1,Ⅰ-2-1,Ⅰ-3-1,Ⅰ-4-1测得四个电机Ⅰ-1,Ⅰ-2,Ⅰ-3,Ⅰ-4转动的角度和转速,反馈给控制系统,计算出摄像头Ⅱ-9的位姿,实现摄像头Ⅱ-9的闭环控制。
Claims (1)
1.一种柔索驱动的三自由度仿生眼,包括动力组(Ⅰ),支撑组(Ⅱ),传动组(Ⅲ)三部分,其特征在于,所述动力组(Ⅰ)包括四个电机(Ⅰ-1,Ⅰ-2,Ⅰ-3,Ⅰ-4)及四个对应的四个编码器(Ⅰ-1-1,Ⅰ-2-1,Ⅰ-3-1,Ⅰ-4-1),四个卷筒(Ⅰ-1-2,Ⅰ-2-2,Ⅰ-3-2,Ⅰ-4-2);所述支撑组(Ⅱ)包括两个电机架(Ⅱ-1,Ⅱ-2),基座(Ⅱ-3),两个导轮支架(Ⅱ-4,Ⅱ-5)及四个圆柱销(Ⅱ-4-1,Ⅱ-4-2,Ⅱ-5-1,Ⅱ-5-2),柔性梁(Ⅱ-6),摄像头底盘(Ⅱ-7),滚柱轴承(Ⅱ-8),摄像头(Ⅱ-9);所述传动组(Ⅲ)包括四个导轮(Ⅲ-1,Ⅲ-2,Ⅲ-3,Ⅲ-4),四根柔索(Ⅲ-1-1,Ⅲ-2-1,Ⅲ-3-1,Ⅲ-4-1);两个电机(Ⅰ-1,Ⅰ-2)安装在电机架(Ⅱ-1)上,另外两个电机(Ⅰ-3,Ⅰ-4)安装在另一个电机架(Ⅱ-2),两个电机架(Ⅱ-1,Ⅱ-2)固定在基座(Ⅱ-3)下部呈180°安装,四个编码器(Ⅰ-1-1,Ⅰ-2-1,Ⅰ-3-1,Ⅰ-4-1)分别与对应的四个电机(Ⅰ-1,Ⅰ-2,Ⅰ-3,Ⅰ-4)连接,四个电机(Ⅰ-1,Ⅰ-2,Ⅰ-3,Ⅰ-4)的电机轴分别与对应的四个卷筒(Ⅰ-1-2,Ⅰ-2-2,Ⅰ-3-2,Ⅰ-4-2)连接;所述导轮支架(Ⅱ-4)安装在两个电机(Ⅰ-1,Ⅰ-2)的电机轴在基座(Ⅱ-3)上部的投影位置,两个导轮(Ⅲ-1,Ⅲ-2)分别通过对应的两个圆柱销(Ⅱ-4-1,Ⅱ-4-2)安装在导轮支架(Ⅱ-4)上;另一个导轮支架(Ⅱ-5)安装在另外两个电机(Ⅰ-3,Ⅰ-4)的电机轴在基座(Ⅱ-3)上部的投影位置,另外两个导轮(Ⅲ-3,Ⅲ-4)分别通过对应的两个圆柱销(Ⅱ-5-1,Ⅱ-5-2)安装在另一个导轮支架(Ⅱ-5)上;所述柔性梁(Ⅱ-6)的大端通过螺纹固连到基座(Ⅱ-3)上,其小端通过滚柱轴承(Ⅱ-8)与摄像头底盘(Ⅱ-7)连接,摄像头(Ⅱ-9)固定在摄像头底盘(Ⅱ-7)上;在摄像头底盘(Ⅱ-7)下部铸有四个耳环(Ⅱ-7-1,Ⅱ-7-2,Ⅱ-7-3,Ⅱ-7-4),其中两个耳环(Ⅱ-7-1,Ⅱ-7-4)为一对,另外两个耳环(Ⅱ-7-2和Ⅱ-7-3)为一对,两对耳环呈180°分布在摄像头底盘(Ⅱ-7)下部直径两侧,这条直径与基座(Ⅱ-3)上两个导轮支架(Ⅱ-4,Ⅱ-5)中心的连线垂直;所述四根柔索(Ⅲ-1-1,Ⅲ-2-1,Ⅲ-3-1,Ⅲ-4-1)分别通过对应的四个导轮(Ⅲ-1,Ⅲ-2,Ⅲ-3,Ⅲ-4)分别将四个耳环(Ⅱ-7-1,Ⅱ-7-2,Ⅱ-7-3,Ⅱ-7-4)和对应的四个卷筒(Ⅰ-1-2,Ⅰ-2-2,Ⅰ-3-2,Ⅰ-4-2)连接起来,四根柔索(Ⅲ-1-1,Ⅲ-2-1,Ⅲ-3-1,Ⅲ-4-1)分别缠绕在对应的四个卷筒(Ⅰ-1-2,Ⅰ-2-2,Ⅰ-3-2,Ⅰ-4-2)上面;通过四个电机(Ⅰ-1,Ⅰ-2,Ⅰ-3,Ⅰ-4)驱动四根柔索(Ⅲ-1-1,Ⅲ-2-1,Ⅲ-3-1,Ⅲ-4-1)的长度发生变化,使得柔性梁(Ⅱ-6)弯曲,摄像头(Ⅱ-9)具有了两个自由度;通过拉短对角柔索(Ⅲ-1-1,Ⅲ-3-1,或Ⅲ-2-1,Ⅲ-4-1),放长另一对角柔索(Ⅲ-2-1,Ⅲ-4-1,或Ⅲ-1-1,Ⅲ-3-1),使得摄像头底盘(Ⅱ-7)绕着柔性梁(Ⅱ-6)细端的轴线转过一定的角度,从而使得摄像头(Ⅱ-9)具有三个自由度,通过四个编码器(Ⅰ-1-1,Ⅰ-2-1,Ⅰ-3-1,Ⅰ-4-1)测得四个电机(Ⅰ-1,Ⅰ-2,Ⅰ-3,Ⅰ-4)转动的角度和转速,反馈给控制系统,计算出摄像头(Ⅱ-9)的位姿,实现摄像头(Ⅱ-9)的闭环控制。
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