CN108006393B - 一种图像获取设备及其成像角度调节机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种图像获取设备的成像角度调节机构，包括第一安装板、第二安装板、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第一驱动部件和第二驱动部件；第一连杆的一端转动连接于第一安装板底面，其另一端与第三连杆的一端球接，第三连杆的另一端球接于第二安装板表面；第二连杆的一端转动连接于第一安装板底面，其另一端球接于第二安装板表面；第四连杆的一端固定连接于第一安装板底面，其另一端球接于第二安装板表面；第一驱动部件用于驱动第一连杆转动，第二驱动部件用于驱动第二连杆转动，第二安装板用于连接成像头。本发明可实现成像角度调节，避免误差累积，提高运动精确性和稳定性。本发明还公开一种图像获取设备，其有益效果如上所述。

Description

一种图像获取设备及其成像角度调节机构
技术领域
本发明涉及机械设计技术领域，特别涉及一种图像获取设备的成像角度调节机构。本发明还涉及一种包括上述成像角度调节机构的图像获取设备。
背景技术
随着中国机械工业的发展，越来越多的机械设备已得到广泛使用。
在成像设备技术领域，各种不同种类的成像设备已普及，比如智能相机、摄像机、监控器和扫描仪等。以监控器为例，为保证特殊管制区域的安全，如银行、执法部门、商场、电梯等，均需要在现场布置若干个监控器或摄像头实现全天不断的场景监控。
在布置监控器等成像设备时，若要保证最大化监控视野，则需要增加成像设备的布置数量，如此必然导致成本增加。为此，现有技术中往往通过让各个成像设备的成像角度可调节的方式实现监控视野的扩大。目前，成像设备往往通过安装支架固定在监控场景的某个角落，然后通过设置在安装支架上的多自由度运动机构带动成像设备进行成像角度调节，比如可通过X-Y-Z轴空间直角坐标系运动机构带动成像设备进行空间移动，或者通过多个电机串联驱动成像设备进行俯仰角θ(pitch)、偏航角ψ(yaw)或横滚角φ(roll)方向的调整。
然而，现有技术中的成像角度调节机构，均是通过各个电机等驱动机构的互相叠加、串联方式驱动成像设备进行运动，比如Y轴运动机构设置在X轴运动机构上，同时Z轴运动机构又设置在Y轴运动机构上，当需要在空间方向内调节成像设备的角度时，则必须分别移动X轴、Y轴和Z轴坐标，三者的运动链依次传递，而正是由于存在驱动链的多级传递，在实际运动时往往存在系统误差累积现象，成像设备的运动精确性较低，稳定性较差。
因此，如何在实现成像设备的成像角度调节的基础上，避免系统误差累积，提高运动精确性和稳定性，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种图像获取设备的成像角度调节机构，能够在实现成像设备的成像角度调节的基础上，避免系统误差累积，提高运动精确性和稳定性。本发明的另一目的是提供一种包括上述成像角度调节机构的图像获取设备。
为解决上述技术问题，本发明提供一种图像获取设备的成像角度调节机构，包括第一安装板、第二安装板、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第一驱动部件和第二驱动部件；
所述第一连杆的一端转动连接于所述第一安装板底面，其另一端与所述第三连杆的一端球接，所述第三连杆的另一端球接于所述第二安装板表面；
所述第二连杆的一端转动连接于所述第一安装板底面，其另一端球接于所述第二安装板表面；
所述第四连杆的一端固定连接于所述第一安装板底面，其另一端球接于所述第二安装板表面；
所述第一驱动部件用于驱动所述第一连杆转动，所述第二驱动部件用于驱动所述第二连杆转动，所述第二安装板用于连接成像头。
优选地，所述第二安装板的底面上设置有用于安装成像头的安装槽。
优选地，所述第一安装板可沿其周向水平旋转。
优选地，还包括用于安装所述第一安装板的安装筒和设置于所述安装筒内、输出轴与所述第一安装板表面相连、用于驱动所述第一安装板周向旋转的第三驱动部件。
优选地，所述第一安装板底面上设置有轴座，所述轴座上可旋转地设置有转轴，所述第一连杆和第二连杆的端部均通过轴孔套设在各自对应的所述转轴上，且所述第一驱动部件的输出轴与所述第一连杆所对应的转轴相连，所述第二驱动部件的输出轴与所述第二连杆所对应的转轴相连。
优选地，所述第一安装板的横截面呈圆形，且所述转轴的轴向平行于其在所述第一安装板上所处位置的切向。
优选地，所述第二安装板的横截面呈圆形，且所述第二连杆与第三连杆之间的圆心角夹角为90°。
优选地，所述第二安装板的表面上立设有多个球头销，且所述第二连杆、第三连杆和第四连杆的底端上均设置有用于与各自对应的所述球头销配合的球槽；所述第二连杆的顶端设置有所述球头销，且所述第一连杆的底端上设置有所述球槽。
本发明还提供一种图像获取设备，包括成像头和与其相连的成像角度调节机构，其中，所述成像角度调节机构具体为上述任一项所述的成像角度调节机构。
优选地，所述图像获取设备具体为监控摄像机。
本发明所提供的图像获取设备的成像角度调节机构，主要包括第一安装板、第二安装板、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第一驱动部件和第二驱动部件。其中，第二安装板用于安装成像头，同时各根连杆和驱动部件均设置于第一安装板和第二安装板之间，构成驱动第二安装板运动的空间多连杆机构。第一连杆和第三连杆连接成一体，其中第一连杆的一端转动连接在第一安装板的底面上，第一驱动部件用于驱动第一连杆进行转动，第一连杆的另一端球接在第三连杆的一端上，同时第三连杆的另一端球接在第二安装板的表面上。第二连杆的一端转动连接在第一安装板的底面上，第二驱动部件用于驱动第二连杆进行转动，第二连杆的另一端球接在第二安装板的表面上。第四连杆的一端固定连接在第一安装板的底面上，第四连杆的另一端球接在第二安装板的表面上。如此，该空间多连杆机构的自由度可通过公式：
进行计算，其中，m为活动构件数，即第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆，因此m＝4。i为i级运动副的约束数，pi为i级运动副的个数，该空间多连杆机构中仅存在球面副和转动副，即p3和p5，其中球面副分别为第一连杆与第三连杆之间的球接、第三连杆与第二安装板之间的球接、第二连杆与第二安装板之间的球接，以及第四连杆与第二安装板之间的球接；转动副为第一连杆与第一安装板之间的转动连接，以及第二连杆与第一安装板之间的转动连接，因此p3＝4(对应i为3)，p5＝2(对应i为5)。将上述数据代入自由度计算公式可知该空间多连杆机构的自由度F＝2，同时存在第一驱动部件和第二驱动部件两个动力源，其数量与自由度相等，因此该空间多连杆机构具有确定的运动。在实际运行时，可通过第一驱动部件对第一连杆的驱动，带动第一连杆相对于第三连杆转动，使得第三连杆相对于第二安装板进行转动，进而使第三连杆的底端带动第二安装板的一端进行上仰或俯冲运动，同时第二驱动部件带动第二连杆进行适应性转动，即实现第二安装板和成像头的俯仰运动角度姿态调节；同理，还可通过第二驱动部件对第二连杆的驱动，实现第二连杆的底端带动第二安装板的一端进行正向或逆向翻转，即实现第二安装板和成像头的偏航运动角度姿态调节。第一驱动部件和第二驱动部件两者同时运行，即可顺利实现成像头的成像角度调节。相比于现有技术，由于第一驱动部件和第二驱动部件并非重叠设置或串联驱动，而是同时直接驱动运动构件进行对应运动，有效避免了系统误差累积，因此本发明能够在顺利实现成像设备的成像角度调节的基础上，提高运动精确性和稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。
图2为图1的分解结构示意图。
其中，图1—图2中：
第一安装板—1，第二安装板—2，第一连杆—3，第二连杆—4，第三连杆—5，第四连杆—6，第一驱动部件—7，第二驱动部件—8，第三驱动部件—9，安装筒—10，轴座—11，转轴—12，球头销—13，成像头—14。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1和图2，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图，图2为图1的分解结构示意图。
在本发明所提供的一种具体实施方式中，图像获取设备的成像角度调节机构主要包括第一安装板1、第二安装板2、第一连杆3、第二连杆4、第三连杆5、第四连杆6、第一驱动部件7和第二驱动部件8。
其中，第一安装板1和第二安装板2可正对设置，并且第一安装板1的设置位置可靠上，而第二安装板2的设置位置可靠下，各根连杆和驱动部件均设置于第一安装板1和第二安装板2之间。同时，第二安装板2主要用于安装成像头14，具体的，本实施例在第二安装板2的底面上设置了专用于安装成像头14的安装槽，在对成像头14进行角度调节前，可将成像头14安装在安装槽内。当然，成像头14在第二安装板2上的安装位置并不固定，可根据实际情况调节。
第一连杆3、第二连杆4、第三连杆5和第四连杆6均设置于第一安装板1和第二安装板2之间，构成驱动第二安装板2运动的空间多连杆机构，而第一驱动部件7和第二驱动部件8即为该空间多连杆机构的动力源。
其中，第一连杆3和第三连杆5连接成一体。具体的，第一连杆3的一端转动连接在第一安装板1的底面上，同时第一驱动部件7用于驱动第一连杆3进行转动，而第一连杆3的另一端球接在第三连杆5的一端上，同时第三连杆5的另一端球接在第二安装板2的表面上。如此，第一连杆3的顶端即可在第一安装板1的底面上转动，同时带动第三连杆5进行相应转动，进而带动第二安装板2进行相应运动，当然，第二连杆4也同时在第一连杆3对第二安装板2的驱动下进行适应性转动。
第二连杆4的一端转动连接在第一安装板1的底面上，同时第二驱动部件8用于驱动第二连杆4进行转动，而第二连杆4的另一端球接在第二安装板2的表面上。如此，第二连杆4的顶端即可在第一安装板1的底面上转动，进而带动第二安装板2进行相应运动。当然，第一连杆3和第三连杆5也同时在第二连杆4对第二安装板2的驱动下进行适应性转动。
第四连杆6的一端固定连接在第一安装板1的底面上，另一端球接在第二安装板2的表面上。由于第四连杆6上没有动力源，且其顶端固定在第一安装板1的底面上，因此第四连杆6为从动构件，即跟随第一连杆3和第二连杆4对第二安装板2的驱动而与第二安装板2之间相对转动。
如此，由第一连杆3、第二连杆4、第三连杆5和第四连杆6构成的空间多连杆机构的自由度可通过公式：
进行计算，m为活动构件数，即第一连杆3、第二连杆4、第三连杆5和第四连杆6，因此m＝4。i为i级运动副的约束数，pi为i级运动副的个数，该空间多连杆机构中仅存在球面副和转动副，即p3和p5，其中球面副分别为第一连杆3与第三连杆5之间的球接、第三连杆5与第二安装板2之间的球接、第二连杆4与第二安装板2之间的球接，以及第四连杆6与第二安装板2之间的球接；转动副为第一连杆3与第一安装板1之间的转动连接，以及第二连杆4与第一安装板1之间的转动连接，因此p3＝4(对应i为3)，p5＝2(对应i为5)。将上述数据代入自由度计算公式可知该空间多连杆机构的自由度F＝2。同时，该空间多连杆机构内存在第一驱动部件7和第二驱动部件8两个动力源，而动力源的数量与自由度相等，因此该空间多连杆机构具有确定的运动。
在实际运行时，可通过第一驱动部件7对第一连杆3的驱动，带动第一连杆3相对于第三连杆5转动，使得第三连杆5相对于第二安装板2进行转动，进而使第三连杆5的底端带动第二安装板2的一端进行上仰或俯冲运动，同时第二驱动部件8带动第二连杆4进行适应性转动，即实现第二安装板2和成像头14的俯仰(或为偏航)运动角度姿态调节。同理，还可同时通过第二驱动部件8对第二连杆4的驱动，实现第二连杆4的底端带动第二安装板2的一端进行正向或逆向翻转，即实现第二安装板2和成像头14的偏航(或为俯仰)运动角度姿态调节。
综上所述，第一驱动部件7和第二驱动部件8两者同时运行，即可顺利实现成像头14的成像角度调节，相比于现有技术，由于第一驱动部件7和第二驱动部件8并非重叠设置或串联驱动，而是同时直接驱动运动构件进行对应运动，有效避免了系统误差累积，因此本实施例所提供的成像角度调节机构，能够在顺利实现成像设备的成像角度调节的基础上，提高运动精确性和稳定性。
进一步的，由于成像头14的成像镜片一般情况下均呈圆形，因此无需对成像头14的横滚角进行调节，而考虑到部分特殊成像镜片的截面形状为矩形或不规则多边形等，此时若对其进行横滚角姿态调节，则可有效扩大或改变其成像范围或角度。为此，本实施例中增设了第三驱动部件9和安装筒10。
具体的，安装筒10的两端镂空，主要用于安装第一安装板1，并且第一安装板1可在安装筒10的底部沿其周向方向水平旋转，比如可在安装筒10的底端内壁上设置环台凹槽，再将第一安装板1安装到该环台凹槽中，即可实现第一安装板1的旋转运动。而第三驱动部件9设置在安装筒10内，比如可连接在安装筒10的内壁上，并且第三驱动部件9的输出轴与第一安装板1的表面相连，此处优选地，第三驱动部件9的输出轴可与第一安装板1的表面垂直。如此，第三驱动部件9运行时，即可顺利驱动第一安装板1水平周向旋转。同时由于第一连杆3、第二连杆4和第四连杆6的顶端均与第一安装板1的底面相连，因此当第一安装板1在进行水平周向旋转时，可通过第一连杆3及第三连杆5、第二连杆4和第四连杆6将旋转运动同步传递到第二安装板2上，进而传递到成像头14上，带动成像头14沿自身轴向旋转，实现成像头14的横滚运动角度姿态调节。
在关于第一驱动部件7、第二驱动部件8和第三驱动部件9的一种优选实施方式中，三者可均为驱动电机，当然也可以为其余运动机构，比如摆动缸或齿轮传动机构等。
另外，为顺利实现第一连杆3与第三连杆5之间、第三连杆5与第二安装板2之间、第二连杆4与第二安装板2之间、第四连杆6与第二安装板2之间的球接，本实施例在第二安装板2的表面上立设了多个球头销13，该球头销13的杆部可垂直于第二安装板2的表面，同时其端部呈球状，在第二连杆4、第三连杆5和第四连杆6的底端上均开设有用于与球头销13的球头端部相配合的球槽。同理，本实施例还在第三连杆5的顶端上设置了球头销13，同时在第一连杆3的底端上开设了球槽。如此设置，即可通过球头销13的球头端部与球槽之间的配合形成球面副。
不仅如此，为顺利实现第一连杆3与第一安装板1、第二连杆4与第一安装板1之间的转动连接，本实施例在第一安装板1的底面上设置了两个轴座11和两根转轴12。该轴座11整体呈U型，具有正对的两侧板，并且在两侧板的端部开设有通孔，该通孔用于插入转轴12进行搭配。而第一连杆3的顶端和第二连杆4的顶端上均开设有轴孔，该轴孔专用于套设在轴座11上的转轴12上并与其形成轴孔配合，比如过盈配合等。同时，第一驱动部件7的输出轴与第一连杆3上插设的转轴12连接，而第二驱动部件8的输出轴则与第二连杆4上插设的转轴12连接。如此设置，即可在第一驱动部件7和第二驱动部件8的动力驱动下，带动第一连杆3和第二连杆4相对于轴座11进行转动运动。
进一步的，在关于第一安装板1的一种优选实施方式中，该第一安装板1的横截面具体可呈圆形，并且各个轴座11中的转轴12的轴向可分别平行于各自在第一安装上所处位置的切向。如此设置，可方便轴座11在第一安装板1上的安装，同时避免转轴12的长度和第一驱动部件7、第二驱动部件8的存在占用过多空间。当然，第一安装板1的横截面形状并不仅限于圆形，其余比如方形等形状均可以采用，同时，各个轴座11中的转轴12的具体分布方式也可任意调整。
更进一步的，在关于第二安装板2的一种优选实施方式中，该第二安装板2的横截面具体可呈圆形，同时，为提高第一驱动部件7和第二驱动部件8运行时，对第二安装板2的俯仰或偏航运动角度姿态调节精度，第二连杆4、第三连杆5和第四连杆6可分别分布在第二安装板2的圆周上，并且第二连杆4与第三连杆5之间的圆心角夹角可为90°。如此设置，第一驱动部件7运行时，可仅调节第二安装板2的俯仰(或偏航)姿态角度，同时第二驱动部件8运行时，可仅调节第二安装板2的偏航(或俯仰)姿态角度。当然，第二安装板2的横截面形状并不固定，其余比如方形、矩形或其余形状均可以采用，同时，第二连杆4、第三连杆5和第四连杆6在第二安装板2上的具体分布情况，只需满足非共线条件即可。
本实施例还提供一种图像获取设备，主要包括成像头14和与该成像头14相连的成像角度调节机构，其中，该成像角度调节机构与上述相关内容相同，此处不再赘述。
需要说明的是，本实施例中所述的图像获取设备，具体指的是监控摄像机。当然，本实施例中所提供的成像角度调节机构也同样适用于其余类型的图像获取设备，如相机、扫描仪等。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种图像获取设备的成像角度调节机构，其特征在于，包括第一安装板(1)、第二安装板(2)、第一连杆(3)、第二连杆(4)、第三连杆(5)、第四连杆(6)、第一驱动部件(7)和第二驱动部件(8)；
所述第一连杆(3)的一端转动连接于所述第一安装板(1)底面，其另一端与所述第三连杆(5)的一端球接，所述第三连杆(5)的另一端球接于所述第二安装板(2)表面；
所述第二连杆(4)的一端转动连接于所述第一安装板(1)底面，其另一端球接于所述第二安装板(2)表面；
所述第四连杆(6)的一端固定连接于所述第一安装板(1)底面，其另一端球接于所述第二安装板(2)表面；
所述第一驱动部件(7)用于驱动所述第一连杆(3)转动，所述第二驱动部件(8)用于驱动所述第二连杆(4)转动，所述第二安装板(2)用于连接成像头。
2.根据权利要求1所述的成像角度调节机构，其特征在于，所述第二安装板(2)的底面上设置有用于安装成像头(14)的安装槽。
3.根据权利要求1所述的成像角度调节机构，其特征在于，所述第一安装板(1)可沿其周向水平旋转。
4.根据权利要求3所述的成像角度调节机构，其特征在于，还包括用于安装所述第一安装板(1)的安装筒(10)和设置于所述安装筒(10)内、输出轴与所述第一安装板(1)表面相连、用于驱动所述第一安装板(1)周向旋转的第三驱动部件(9)。
5.根据权利要求1-4任一项所述的成像角度调节机构，其特征在于，所述第一安装板(1)底面上设置有轴座(11)，所述轴座(11)上可旋转地设置有转轴(12)，所述第一连杆(3)和第二连杆(4)的端部均通过轴孔套设在各自对应的所述转轴(12)上，且所述第一驱动部件(7)的输出轴与所述第一连杆(3)所对应的转轴(12)相连，所述第二驱动部件(8)的输出轴与所述第二连杆(4)所对应的转轴(12)相连。
6.根据权利要求5所述的成像角度调节机构，其特征在于，所述第一安装板(1)的横截面呈圆形，且所述转轴(12)的轴向平行于其在所述第一安装板(1)上所处位置的切向。
7.根据权利要求6所述的成像角度调节机构，其特征在于，所述第二安装板(2)的横截面呈圆形，且所述第二连杆(4)与第三连杆(5)之间的圆心角夹角为90°。
8.根据权利要求7所述的成像角度调节机构，其特征在于，所述第二安装板(2)的表面上立设有多个球头销(13)，且所述第二连杆(4)、第三连杆(5)和第四连杆(6)的底端上均设置有用于与各自对应的所述球头销(13)配合的球槽；所述第二连杆(4)的顶端设置有所述球头销(13)，且所述第一连杆(3)的底端上设置有所述球槽。
9.一种图像获取设备，包括成像头(14)和与其相连的成像角度调节机构，其特征在于，所述成像角度调节机构具体为权利要求1-8任一项所述的成像角度调节机构。
10.根据权利要求9所述的图像获取设备，其特征在于，所述图像获取设备具体为监控摄像机。
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