CN109794966A - 一种特种机器人头部设计 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种特种机器人头部设计，涉及人工智能领域。包括头部主体和头部云台，所述头部主体包括一体化成形的头部外壳，以及设置于头部外壳腔体内的头部元器件；所述头部外壳的底部设有缺口，所述缺口处设有拆卸板，将拆卸板拆除后可对头部外壳内的头部元器件进行更换；所述头部主体从所述缺口处与头部云台连接；所述头部云台包括俯仰云台和转动云台，所述俯仰云台的宽度与头部外壳的底部缺口的宽度相匹配，且转动云台连接于俯仰云台下方；所述头部元器件包括眼部结构、麦克风阵列结构。本发明结构稳定，功能化多元，具备视觉听觉一体化的设计，适应于工业、应急领域的特种机器人头部应用。
Description
技术领域
本发明涉及人工智能领域，特别涉及一种特种机器人头部设计。
背景技术
机器人是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。机器人执行的是取代或是协助人类工作的工作，例如制造业、建筑业，或是危险的工作。随着科学技术的发展，机器人逐渐进入危险探查领域，替代人进行一些比较危险的工作，就需要机器人头部具备智能化视觉听觉装置来应用于恶劣环境。
一般来说机器人的头部往往是根据机器人的类型来设定，需要满足特定的需求，如此一来成本很高，缺乏一种适用于大多数工业、应急领域的特种机器人的头部产品。
发明内容
本发明的目的在于：提供了一种特种机器人头部设计，设置的摄像头和红外夜视热成像仪，可实现物体识别、位置识别的功能，精准判断热源中心点和热分布信息。设置的麦克风阵列结构，可对现场声源进行检测、定位、跟踪。其麦克风阵列结构还包括语音交互模块，所述语音交互模块能够接收并完成语音指控。设置的超声波测距模块，能够及时获取距障碍物的距离和方向信息。设置了俯仰云台和转动云台，且上述云台采用的电机均为伺服电机，能够精确的控制电机的转动，从而精确的控制机器人头部的俯仰、转动操作，为物体位置、距离的识别打下基础。本发明结构稳定，功能化多元，具备视觉听觉一体化的设计，适应于工业、应急领域的特种机器人头部应用。
本发明采用的技术方案如下：
一种特种机器人头部设计，包括头部主体和头部云台，所述头部主体包括一体化成形的头部外壳，以及设置于头部外壳腔体内的头部元器件；所述头部外壳的底部设有缺口，所述缺口处设有拆卸板，将拆卸板拆除后可对头部外壳内的头部元器件进行更换；所述头部主体从所述缺口处与头部云台连接；所述头部云台包括俯仰云台和转动云台，所述俯仰云台的宽度与头部外壳的底部缺口的宽度相匹配，且转动云台连接于俯仰云台下方；所述头部元器件包括眼部结构、麦克风阵列结构。
本发明的机器人头部的摄像头为可变焦摄像头，所述摄像头和红外夜视热成像仪受控制中心控制来采集信息，并将采集到的信息传输至控制中心，实现物体识别、位置识别的功能，其中红外夜视热成像仪能够精准判断热源中心点和热分布信息，还具有红外夜视功能，同时可以随云台旋转而调整角度，探测范围半径达到100米。
本发明的机器人头部的麦克风阵列结构，按照一定规律排布于机器人头部两侧，可对现场声源进行检测、定位、跟踪。所述麦克风阵列结构还包括语音交互模块，所述语音交互模块与控制中心电性连接，并且能够接收并完成语音指控。
进一步地，所述头部外壳包括前部壳体和后部壳体，前部壳体和后部壳体呈拼合状固定形成类方形结构；所述头部外壳的上端设有眼部区域，眼部区域上设有两个通孔。
本发明的眼部区域在竖直方向上的截面形状，是由两个半圆和一个矩形组成的轴对称图形，所述眼部区域的侧面为圆弧形，且与其他部件的连接处圆滑。
进一步地，所述眼部结构包括对称设置的眼部云台，所述眼部云台的两端云台座上设置有眼球，所述眼球的眼周设置有LED虹膜；所述其中一个眼球中心设置有摄像头，另一个眼球中心设置有红外夜视热成像仪；眼球的位置与眼部区域上通孔的位置相对应。
进一步地，所述俯仰云台内部设置有俯仰电机，所述俯仰电机的两端均设有输出端，且输出端通过俯仰转轴与头部外壳的内部固定连接。
进一步地，所述俯仰电机为伺服电机。
伺服电机能够精确的控制电机的转动，从而实现精确定位，其精度可达0.001mm。伺服电机的主要运行原理为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了闭环，系统就能统计发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动。
本发明的俯仰云台与头部外壳之间活动连接，俯仰云台的两端与头部外壳的连接处设有轴承，使得俯仰云台与头部外壳均可以此轴承的轴线为轴进行一定角度的旋转。所述的旋转则通过俯仰电机实现，俯仰电机的输出端与此轴承连接。
进一步地，所述转动云台内部设置有转动电机，所述转动电机的输出端通过转动转轴与俯仰云台的底部固定连接。
进一步地，所述转动电机为伺服电机。
本发明的转动云台和俯仰云台之间活动连接，转动云台的顶端与俯仰云台底端的连接处设有轴承，使得俯仰云台可以此轴承的轴线为轴进行一定角度的旋转。所述的旋转则通过转动电机实现，转动电机的输出端与此轴承连接。
进一步地，所述俯仰云台内还包括超声波测距模块，所述超声波测距模块包括设置于眼部结构的超声波传感器，超声波传感器将采集到的信息传输至超声波测距模块。
为了使机器人能自动避障行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的距离和方向信息。超声波传感器包括超声波发射器和超声波接收器，超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离s，即:s＝340t/2。
进一步地，还包括控制中心，所述俯仰电机、转动电机、摄像头、红外夜视热成像仪和超声波测距模块均与控制中心电性连接。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.本发明一种特种机器人头部设计，设置的摄像头和红外夜视热成像仪，可实现物体识别、位置识别的功能，精准判断热源中心点和热分布信息。
2.本发明一种特种机器人头部设计，设置的麦克风阵列结构，可对现场声源进行检测、定位、跟踪。其麦克风阵列结构还包括语音交互模块，所述语音交互模块能够接收并完成语音指控。
3.本发明一种特种机器人头部设计，设置的超声波测距模块，能够及时获取距障碍物的距离和方向信息。
4.本发明一种特种机器人头部设计，设置了俯仰云台和转动云台，且上述云台采用的电机均为伺服电机，能够精确的控制电机的转动，从而精确的控制机器人头部的俯仰、转动操作，为物体位置、距离的识别打下基础。
5.本发明一种特种机器人头部设计，结构稳定，功能化多元，具备视觉听觉一体化的设计，适应于工业、应急领域的特种机器人头部应用。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的外观示意图；
图中，1-头部主体、11-头部外壳、12-拆卸板、13-眼部区域、2-头部云台、21-俯仰云台、211-俯仰电机、212-俯仰转轴、22-转动云台、221-转动电机、222-转动转轴、3-眼部结构、31-眼部云台、32-眼球、33-摄像头、34-LED虹膜、35-红外夜视热成像仪、4-超声波测距模块。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
下面结合图1、图2对本发明作详细说明。
实施例1
一种特种机器人头部设计，如图1、图2所示，包括头部主体1和头部云台2，所述头部主体1包括一体化成形的头部外壳11，以及设置于头部外壳11腔体内的头部元器件；所述头部外壳11的底部设有缺口，所述缺口处设有拆卸板12，将拆卸板12拆除后可对头部外壳11内的头部元器件进行更换；所述头部主体1从所述缺口处与头部云台2连接；所述头部云台2包括俯仰云台21和转动云台22，所述俯仰云台21的宽度与头部外壳11的底部缺口的宽度相匹配，且转动云台22连接于俯仰云台21下方；所述头部元器件包括眼部结构3、麦克风阵列结构。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于：
本发明的机器人头部的摄像头33为可变焦摄像头，所述摄像头33和红外夜视热成像仪受35控制中心控制来采集信息，并将采集到的信息传输至控制中心，实现物体识别、位置识别的功能，其中红外夜视热成像仪35能够精准判断热源中心点和热分布信息，还具有红外夜视功能，同时可以随云台旋转而调整角度，探测范围半径达到100米。
本发明的机器人头部的麦克风阵列结构，按照一定规律排布于机器人头部两侧，可对现场声源进行检测、定位、跟踪。所述麦克风阵列结构还包括语音交互模块，所述语音交互模块与控制中心电性连接，并且能够接收并完成语音指控。
实施例3
一种特种机器人头部设计，如图1、图2所示，所述头部外壳11包括前部壳体和后部壳体，前部壳体和后部壳体呈拼合状固定形成类方形结构；所述头部外壳11的上端设有眼部区域13，眼部区域13上设有两个通孔。
所述眼部结构3包括对称设置的眼部云台31，所述眼部云台31的两端云台座上设置有眼球32，所述眼球32的眼周设置有LED虹膜34；所述其中一个眼球32中心设置有摄像头33，另一个眼球32中心设置有红外夜视热成像仪35；眼球32的位置与眼部区域13上通孔的位置相对应。
实施例4
本实施例与实施例1的不同之处在于：
所述俯仰云台21内部设置有俯仰电机211，所述俯仰电机211的两端均设有输出端，且输出端通过俯仰转轴212与头部外壳11的内部固定连接。
所述俯仰电机211为伺服电机。
本发明的俯仰云台21与头部外壳11之间活动连接，俯仰云台21的两端与头部外壳11的连接处设有轴承，使得俯仰云台21与头部外壳11均可以此轴承的轴线为轴进行一定角度的旋转。所述的旋转则通过俯仰电机211实现，俯仰电机211的输出端与此轴承连接。
所述转动云台22内部设置有转动电机221，所述转动电机221的输出端通过转动转轴222与俯仰云台21的底部固定连接。
所述转动电机221为伺服电机。
本发明的转动云台22和俯仰云台21之间活动连接，转动云台22的顶端与俯仰云台21底端的连接处设有轴承，使得俯仰云台21可以此轴承的轴线为轴进行一定角度的旋转。所述的旋转则通过转动电机221实现，转动电机221的输出端与此轴承连接。
实施例5
本实施例为实施例4的补充说明。
伺服电机能够精确的控制电机的转动，从而实现精确定位，其精度可达0.001mm。伺服电机的主要运行原理为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了闭环，系统就能统计发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动。
实施例6
本实施例与实施例1的不同之处在于：
所述俯仰云台21内还包括超声波测距模块4，所述超声波测距模块4包括设置于眼部结构3的超声波传感器，超声波传感器将采集到的信息传输至超声波测距模块4。
为了使机器人能自动避障行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的距离和方向信息。超声波传感器包括超声波发射器和超声波接收器，超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离s，即:s＝340t/2。
以上所述，仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种特种机器人头部设计，其特征在于：包括头部主体(1)和头部云台(2)，所述头部主体(1)包括一体化成形的头部外壳(11)，以及设置于头部外壳(11)腔体内的头部元器件；所述头部外壳(11)的底部设有缺口，所述缺口处设有拆卸板(12)，将拆卸板(12)拆除后可对头部外壳(11)内的头部元器件进行更换；所述头部主体(1)从所述缺口处与头部云台(2)连接；所述头部云台(2)包括俯仰云台(21)和转动云台(22)，所述俯仰云台(21)的宽度与头部外壳(11)的底部缺口的宽度相匹配，且转动云台(22)连接于俯仰云台(21)下方；所述头部元器件包括眼部结构(3)、麦克风阵列结构。
2.根据权利要求1所述的一种特种机器人头部设计，其特征在于：所述头部外壳(11)包括前部壳体和后部壳体，前部壳体和后部壳体呈拼合状固定形成类方形结构；所述头部外壳(11)的上端设有眼部区域(13)，眼部区域(13)上设有两个通孔。
3.根据权利要求1所述的一种特种机器人头部设计，其特征在于：所述眼部结构(3)包括对称设置的眼部云台(31)，所述眼部云台(31)的两端云台座上设置有眼球(32)，所述眼球(32)的眼周设置有LED虹膜(34)；所述一个眼球(32)中心设置有摄像头(33)，另一个眼球(32)中心设置有红外夜视热成像仪(35)；眼球(32)的位置与眼部区域(13)上通孔的位置相对应。
4.根据权利要求1所述的一种特种机器人头部设计，其特征在于：所述俯仰云台(21)内部设置有俯仰电机(211)，所述俯仰电机(211)的两端均设有输出端，且输出端通过俯仰转轴(212)与头部外壳(11)的内部固定连接。
5.根据权利要求4所述的一种特种机器人头部设计，其特征在于：所述俯仰电机(211)为伺服电机。
6.根据权利要求1所述的一种特种机器人头部设计，其特征在于：所述转动云台(22)内部设置有转动电机(221)，所述转动电机(221)的输出端通过转动转轴(222)与俯仰云台(21)的底部固定连接。
7.根据权利要求6所述的一种特种机器人头部设计，其特征在于：所述转动电机(221)为伺服电机。
8.根据权利要求1所述的一种特种机器人头部设计，其特征在于：所述俯仰云台(21)内还包括超声波测距模块(4)，所述超声波测距模块(4)包括设置于眼部结构(3)的超声波传感器，超声波传感器将采集到的信息传输至超声波测距模块(4)。
9.根据权利要求1所述的一种特种机器人头部设计，其特征在于：还包括控制中心，所述俯仰电机(211)、转动电机(221)、摄像头(33)、红外夜视热成像仪(35)和超声波测距模块(4)均与控制中心电性连接。
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