CN110497390B - 绳簧驱动三自由度并联双目调焦仿生眼执行机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种绳簧驱动三自由度并联双目调焦仿生眼执行机构，其主要包含三自由度并联机构、双目调焦距机构和四条绳索驱动支链。三自由度并联机构的三条支链上分别有三个弹簧，可使动平台始终受到绳索拉力相反方向的力。双目调焦距机构上有一个弹簧，可使拉杆始终受到相对动平台反方向的力。四个驱动杆分别通过绳索带动动平台实现三自由度运动和双摄像头对焦距离的调节功能。本机构具有较少的驱动、紧凑的结构、高速度、高刚度、高精度以及双摄像头对焦距离可调的优点。

Description

绳簧驱动三自由度并联双目调焦仿生眼执行机构
技术领域
本发明涉及一种多自由度光学传感器姿态控制装置，特别是涉及一种双目可调的仿生眼执行机构，应用于仿生眼机构技术领域。
背景技术
并联机构具有高速、高刚度、高精度等优点，在仿生眼领域有较广泛的应用。但是，由于机械传动部分需要占用较大的安装空间，而导致其执行机构难于做成较小的个体。绳驱动结构可减小传动所需的空间，但由于绳索无法提供推力，而导致机构的驱动数必须大于机构的自由度数，这使得机构变的复杂，并提高了其控制难度。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种绳簧驱动三自由度并联双目调焦仿生眼执行机构，采用了绳索与弹簧共同驱动的模式，结合了并联机构与绳驱动结构的优点，使得本机构驱动数与自由度数相同，具有较少的驱动、紧凑的结构、高速度、高刚度、高精度以及双摄像头对焦距离可调的优点。
为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：
一种绳簧驱动三自由度并联双目调焦仿生眼执行机构，包括机架、动平台、第一摄像头和第二摄像头，还包括第一驱动杆、第二驱动杆、第三驱动杆、第四驱动杆、第一绳索、第二绳索、第三绳索、第四绳索、三自由度并联机构和双目调焦距机构；
三自由度并联机构包含第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、第一弹簧、第二弹簧、第三弹簧、动平台，第一连杆通过第一转动副与机架转动连接，第一连杆通过第一移动副与第二连杆连接，第一弹簧穿过第一连杆卡在第一连杆一端与第二连杆之间，第二连杆通过第一球铰与动平台连接，第三连杆通过第二转动副与机架转动连接，第三连杆通过第二移动副与第四连杆连接，第二弹簧穿过第三连杆卡在第三连杆一端与第四连杆之间，第四连杆通过第二球铰与动平台连接，第五连杆通过第三转动副与机架转动连接，第五连杆通过第三移动副与第六连杆连接，第三弹簧穿过第五连杆卡在第五连杆一端与第六连杆之间，第六连杆通过第三球铰与动平台连接；
第一驱动杆通过第四移动副与机架滑动连接，第一绳索一端固结在第一驱动杆上，第一绳索另一端固结在动平台上，第二驱动杆通过第五移动副与机架滑动连接，第二绳索一端固结在第二驱动杆上，第二绳索另一端固结在动平台上，第三驱动杆通过第六移动副与机架滑动连接，第三绳索一端固结在第三驱动杆上，第三绳索另一端固结在动平台上；
双目调焦距机构包含第一摄像头杆、第二摄像头杆、第一连架杆、第二连架杆、拉杆、第四弹簧，第一摄像头安装在第一摄像头杆上，第二摄像头安装在第二摄像头杆上，第一摄像头杆通过第四转动副与动平台连接，第一摄像头杆通过第五转动副与第一连架杆连接，第一连架杆通过第六转动副与拉杆连接，第二摄像头杆通过第七转动副与动平台连接，第二摄像头杆通过第八转动副与第二连架杆连接，第二连架杆通过第九转动副与拉杆连接，拉杆通过第七移动副与动平台连接，第四弹簧穿过拉杆卡在拉杆一端和动平台之间；
第四驱动杆通过第八移动副与机架滑动连接，第四绳索一端固结在第四驱动杆上，第四绳索另一端固结在拉杆上。
作为本发明优选的技术方案，第一弹簧始终处于压缩状态并给第二连杆相对第一连杆反方向的力，第二弹簧始终处于压缩状态并给第四连杆相对第三连杆反方向的力，第三弹簧始终处于压缩状态并给第六连杆相对第五连杆反方向的力，第一驱动杆、第二驱动杆和第三驱动杆分别通过第一绳索、第二绳索和第三绳索带动动平台实现三自由度的运动。第四弹簧始终处于压缩状态并给拉杆相对于动平台反方向的力，第四驱动杆通过第四绳索带动拉杆运动，拉杆通过第一连架杆和第二连架杆带动第一摄像头杆和第二摄像头杆运动，实现双摄像头对焦距离调节的功能。
作为本发明优选的技术方案，采用圆板形状的动平台，第一绳索、第二绳索、第三绳索分别与动平台外缘等圆弧长度间距的连接点进行柔性连接。
作为本发明优选的技术方案，动平台采用三角形、星形、方形或六边形板制成，第一绳索、第二绳索、第三绳索分别与动平台外缘或自由端的连接点进行柔性连接。使装置结构更加多样化，满足不同的设备紧凑性的装置结构要求。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1.本发明绳簧驱动三自由度并联双目调焦仿生眼执行机构具有较少的驱动、紧凑的结构、高速度、高刚度、高精度以及双摄像头对焦距离可调的优点；
2.本发明装置结构简单，且由于采用机械运动方式，装置控制和操作便捷，易于推广应用。
附图说明
图1为本发明实施例一绳簧驱动三自由度并联双目调焦仿生眼执行机构结构示意图。
图2是本发明实施例一绳簧驱动三自由度并联双目调焦仿生眼执行机构其他部分结构示意图。
图3是本发明实施例一绳簧驱动三自由度并联双目调焦仿生眼执行机构的双目调焦距机构示意图。
图4是本发明实施例一绳簧驱动三自由度并联双目调焦仿生眼执行机构运动状态示意图。
具体实施方式
以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：
实施例一：
在本实施例中，参见图1～图4，一种绳簧驱动三自由度并联双目调焦仿生眼执行机构，包括机架1、动平台11、第一摄像头和第二摄像头，还包括第一驱动杆13、第二驱动杆14、第三驱动杆15、第四驱动杆31、第一绳索16、第二绳索17、第三绳索18、第四绳索32、三自由度并联机构和双目调焦距机构；
三自由度并联机构包含第一连杆2、第二连杆3、第三连杆5、第四连杆6、第五连杆8、第六连杆9、第一弹簧4、第二弹簧7、第三弹簧10、动平台11，第一连杆2通过第一转动副22与机架1转动连接，第一连杆2通过第一移动副23与第二连杆3连接，第一弹簧4穿过第一连杆2卡在第一连杆2一端与第二连杆3之间，第二连杆3通过第一球铰24与动平台11连接，第三连杆5通过第二转动副25与机架1转动连接，第三连杆5通过第二移动副26与第四连杆6连接，第二弹簧7穿过第三连杆5卡在第三连杆5一端与第四连杆6之间，第四连杆6通过第二球铰27与动平台11连接，第五连杆8通过第三转动副28与机架1转动连接，第五连杆8通过第三移动副29与第六连杆9连接，第三弹簧10穿过第五连杆8卡在第五连杆8一端与第六连杆9之间，第六连杆9通过第三球铰30与动平台11连接；
第一驱动杆13通过第四移动副19与机架1滑动连接，第一绳索16一端固结在第一驱动杆13上，第一绳索16另一端固结在动平台11上，第二驱动杆14通过第五移动副20与机架1滑动连接，第二绳索17一端固结在第二驱动杆14上，第二绳索17另一端固结在动平台11上，第三驱动杆15通过第六移动副21与机架1滑动连接，第三绳索18一端固结在第三驱动杆15上，第三绳索18另一端固结在动平台11上；
双目调焦距机构包含第一摄像头杆35、第二摄像头杆36、第一连架杆37、第二连架杆38、拉杆33、第四弹簧34，第一摄像头安装在第一摄像头杆35上，第二摄像头安装在第二摄像头杆36上，第一摄像头杆35通过第四转动副41与动平台11连接，第一摄像头杆35通过第五转动副42与第一连架杆37连接，第一连架杆37通过第六转动副43与拉杆33连接，第二摄像头杆36通过第七转动副44与动平台11连接，第二摄像头杆36通过第八转动副45与第二连架杆38连接，第二连架杆38通过第九转动副12与拉杆33连接，拉杆33通过第七移动副40与动平台11连接，第四弹簧34穿过拉杆33卡在拉杆33一端和动平台11之间；
第四驱动杆31通过第八移动副39与机架1滑动连接，第四绳索32一端固结在第四驱动杆31上，第四绳索32另一端固结在拉杆33上。本神实例绳簧驱动三自由度并联双目调焦仿生眼执行机构采用了绳索与弹簧共同驱动的模式，结合了并联机构与绳驱动结构的优点，使得本机构驱动数与自由度数相同，具有较少的驱动、紧凑的结构、高速度、高刚度、高精度以及双摄像头对焦距离可调的优点。
在本实施例中，参见图1～图4，第一弹簧4始终处于压缩状态并给第二连杆3相对第一连杆2反方向的力，第二弹簧7始终处于压缩状态并给第四连杆6相对第三连杆5反方向的力，第三弹簧10始终处于压缩状态并给第六连杆9相对第五连杆8反方向的力，第一驱动杆13、第二驱动杆14和第三驱动杆15分别通过第一绳索16、第二绳索17和第三绳索18带动动平台11实现三自由度的运动。第四弹簧34始终处于压缩状态并给拉杆33相对于动平台11反方向的力，第四驱动杆31通过第四绳索32带动拉杆33运动，拉杆33通过第一连架杆37和第二连架杆38带动第一摄像头杆35和第二摄像头杆36运动，实现双摄像头对焦距离调节的功能。本实施例绳簧驱动三自由度并联双目调焦仿生眼执行机构包含三自由度并联机构、双目调焦距机构和四条绳索驱动支链。三自由度并联机构的三条支链上分别有三个弹簧，可使动平台始终受到绳索拉力相反方向的力。双目调焦距机构上有一个弹簧，可使拉杆始终受到相对动平台反方向的力。四个驱动杆分别通过绳索带动动平台实现三自由度运动和双摄像头对焦距离的调节功能。本机构具有较少的驱动、紧凑的结构、高速度、高刚度、高精度以及双摄像头对焦距离可调的优点。
在本实施例中，参见图1、图2和图4，采用圆板形状的动平台11，第一绳索16、第二绳索17、第三绳索18分别与动平台8外缘等圆弧长度间距的连接点进行柔性连接。以便实现传动部分驱动数与自由度数相同，具有较少的驱动、紧凑的结构、较大的工作空间、灵活的运动能力。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，动平台11采用三角形、星形、方形或六边形板制成，第一绳索16、第二绳索17、第三绳索18分别与动平台11外缘或自由端的连接点进行柔性连接。本实施例使装置结构更加多样化，满足不同的设备紧凑性的装置结构要求。
上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明绳簧驱动三自由度并联双目调焦仿生眼执行机构的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种绳簧驱动三自由度并联双目调焦仿生眼执行机构，包括机架(1)、动平台(11)、第一摄像头和第二摄像头，其特征在于：还包括第一驱动杆(13)、第二驱动杆(14)、第三驱动杆(15)、第四驱动杆(31)、第一绳索(16)、第二绳索(17)、第三绳索(18)、第四绳索(32)、三自由度并联机构和双目调焦距机构；
所述三自由度并联机构包含第一连杆(2)、第二连杆(3)、第三连杆(5)、第四连杆(6)、第五连杆(8)、第六连杆(9)、第一弹簧(4)、第二弹簧(7)、第三弹簧(10)、动平台(11)，第一连杆(2)通过第一转动副(22)与机架(1)转动连接，第一连杆(2)通过第一移动副(23)与第二连杆(3)连接，第一弹簧(4)穿过第一连杆(2)卡在第一连杆(2)一端与第二连杆(3)之间，第二连杆(3)通过第一球铰(24)与动平台(11)连接，第三连杆(5)通过第二转动副(25)与机架(1)转动连接，第三连杆(5)通过第二移动副(26)与第四连杆(6)连接，第二弹簧(7)穿过第三连杆(5)卡在第三连杆(5)一端与第四连杆(6)之间，第四连杆(6)通过第二球铰(27)与动平台(11)连接，第五连杆(8)通过第三转动副(28)与机架(1)转动连接，第五连杆(8)通过第三移动副(29)与第六连杆(9)连接，第三弹簧(10)穿过第五连杆(8)卡在第五连杆(8)一端与第六连杆(9)之间，第六连杆(9)通过第三球铰(30)与动平台(11)连接；
第一驱动杆(13)通过第四移动副(19)与机架(1)滑动连接，第一绳索(16)一端固结在第一驱动杆(13)上，第一绳索(16)另一端固结在动平台(11)上，第二驱动杆(14)通过第五移动副(20)与机架(1)滑动连接，第二绳索(17)一端固结在第二驱动杆(14)上，第二绳索(17)另一端固结在动平台(11)上，第三驱动杆(15)通过第六移动副(21)与机架(1)滑动连接，第三绳索(18)一端固结在第三驱动杆(15)上，第三绳索(18)另一端固结在动平台(11)上；
所述双目调焦距机构包含第一摄像头杆(35)、第二摄像头杆(36)、第一连架杆(37)、第二连架杆(38)、拉杆(33)、第四弹簧(34)，第一摄像头安装在第一摄像头杆(35)上，第二摄像头安装在第二摄像头杆(36)上，第一摄像头杆(35)通过第四转动副(41)与动平台(11)连接，第一摄像头杆(35)通过第五转动副(42)与第一连架杆(37)连接，第一连架杆(37)通过第六转动副(43)与拉杆(33)连接，第二摄像头杆(36)通过第七转动副(44)与动平台(11)连接，第二摄像头杆(36)通过第八转动副(45)与第二连架杆(38)连接，第二连架杆(38)通过第九转动副(12)与拉杆(33)连接，拉杆(33)通过第七移动副(40)与动平台(11)连接，第四弹簧(34)穿过拉杆(33)卡在拉杆(33)一端和动平台(11)之间；
所述第四驱动杆(31)通过第八移动副(39)与机架(1)滑动连接，第四绳索(32)一端固结在第四驱动杆(31)上，第四绳索(32)另一端固结在拉杆(33)上。
2.根据权利要求1所述绳簧驱动三自由度并联双目调焦仿生眼执行机构，其特征在于：
第一弹簧(4)始终处于压缩状态并给第二连杆(3)相对第一连杆(2)反方向的力，第二弹簧(7)始终处于压缩状态并给第四连杆(6)相对第三连杆(5)反方向的力，第三弹簧(10)始终处于压缩状态并给第六连杆(9)相对第五连杆(8)反方向的力，第一驱动杆(13)、第二驱动杆(14)和第三驱动杆(15)分别通过第一绳索(16)、第二绳索(17)和第三绳索(18)带动动平台(11)实现三自由度的运动； 第四弹簧(34)始终处于压缩状态并给拉杆(33)相对于动平台(11)反方向的力，第四驱动杆(31)通过第四绳索(32)带动拉杆(33)运动，拉杆(33)通过第一连架杆(37)和第二连架杆(38)带动第一摄像头杆(35)和第二摄像头杆(36)运动，实现双摄像头对焦距离调节的功能。
3.根据权利要求1所述绳簧驱动三自由度并联双目调焦仿生眼执行机构，其特征在于：采用圆板形状的动平台(11)，所述第一绳索(16)、第二绳索(17)、第三绳索(18)分别与动平台(11 )外缘等圆弧长度间距的连接点进行柔性连接。
4.根据权利要求1所述绳簧驱动三自由度并联双目调焦仿生眼执行机构，其特征在于：动平台(11)采用三角形、星形、方形或六边形板制成，第一绳索(16)、第二绳索(17)、第三绳索(18)分别与动平台(11)外缘或自由端的连接点进行柔性连接。
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