CN110497397A - 绳索和弹簧驱动的三自由度仿生眼执行机构 - Google Patents

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杨汝
李恒宇
蒋蓁
王红州
罗均
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Abstract

本发明涉及一种绳索和弹簧驱动的三自由度仿生眼执行机构，动平台通过一个十字轴连接在一个具有一个移动自由度的约束杆上，约束杆与机架之间有一个弹簧，可使约束杆始终受到一个相对机架反向的推力，三个驱动杆分别拉动三条绳索，并带动动平台实现三自由度的运动，最终实现摄像头随动平台的三自由度运动。本机构与相同自由度的绳驱动机构相比至少少一个驱动，与常规结构机构相比具有结构紧凑，运动灵活的优点。

Description

绳索和弹簧驱动的三自由度仿生眼执行机构
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，特别是涉及一种三自由度光学传感器姿态控制装置，应用于仿生眼机构技术领域。
背景技术
很多情况下，仿生眼机构需要设计的小巧灵活。常规的传动结构需要较大的安装空间，因此机构设计的体积较大。绳驱动机构可通过绳索传动，其执行机构可以设计的很小，但绳索无法提供推力，因此这类机构又必须采用至少比自由度数多一个的驱动数来完成工作任务，因此又会造成机构复杂、控制难度高的缺点。
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，提供一种绳索和弹簧驱动的三自由度仿生眼执行机构，采用绳索和弹簧驱动的方式，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、灵活的运动能力一系列优点。
为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：
一种绳索和弹簧驱动的三自由度仿生眼执行机构，包括机架、动平台和摄像头，还包括第一驱动杆、第二驱动杆、第三驱动杆、约束杆、弹簧、第一绳索、第二绳索、第三绳索和十字轴；
采用三自由度动作驱动执行机构系统，主要包括第一运动驱动执行机构、第二运动驱动执行机构、第三运动驱动执行机构和末端传动装置；
第一运动驱动执行机构包括第一驱动杆、第一绳索、第一移动副；第一驱动杆通过第一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；
第二运动驱动执行机构包括第二驱动杆、第二绳索、第二移动副，第二驱动杆通过第二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；
第三运动驱动执行机构包括第三驱动杆、第三绳索、第三移动副，第三驱动杆通过第三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；
末端传动装置包括约束杆、弹簧、第一转动副、十字轴、第二转动副和第四移动副，约束杆通过第四移动副与机架连接，弹簧穿过约束杆卡在约束杆一端与机架之间，约束杆通过第一转动副与十字轴的第一正交轴转动连接，十字轴的第二正交轴通过第二转动副与动平台摆动连接，摄像头固定安装在动平台上。
作为本发明优选的技术方案，弹簧始终处于压缩状态，并给约束杆相对机架反方向的力；第一驱动杆、第二驱动杆和第三驱动杆分别独立的运动，并通过第一绳索、第二绳索和第三绳索带动动平台实现沿第四移动副方向移动运动和绕第一转动副、第二转动副轴线方向的二维转动运动，摄像头与动平台做相同的三自由度运动。
作为本发明优选的技术方案，末端传动装置设置于动平台的背面，摄像头安装在动平台的正面中央位置处。
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.本发明绳索和弹簧驱动的三自由度仿生眼执行机构具有较少的驱动、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索和弹簧驱动的三自由度仿生眼执行机构结构示意图。
图2是本发明实施例一绳索和弹簧驱动的三自由度仿生眼执行机构十字轴结构示意图。
图3是本发明实施例一绳索和弹簧驱动的三自由度仿生眼执行机构第一种运动示意图。
图4是本发明实施例一绳索和弹簧驱动的三自由度仿生眼执行机构第二种运动示意图。
图5是本发明实施例一绳索和弹簧驱动的三自由度仿生眼执行机构第三种运动示意图。
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5，一种绳索和弹簧驱动的三自由度仿生眼执行机构，包括机架1、动平台11和摄像头12，还包括第一驱动杆2、第二驱动杆3、第三驱动杆4、约束杆5、弹簧6、第一绳索7、第二绳索8、第三绳索9和十字轴10；
采用三自由度动作驱动执行机构系统，主要包括第一运动驱动执行机构、第二运动驱动执行机构、第三运动驱动执行机构和末端传动装置；
第一运动驱动执行机构包括第一驱动杆2、第一绳索7、第一移动副13；第一驱动杆2通过第一移动副13与机架1滑动连接，第一绳索7一端固结在第一驱动杆2上，第一绳索7另一端固结在动平台11上；
第二运动驱动执行机构包括第二驱动杆3、第二绳索8、第二移动副14，第二驱动杆3通过第二移动副14与机架1滑动连接，第二绳索8一端固结在第二驱动杆3上，第二绳索8另一端固结在动平台11上；
第三运动驱动执行机构包括第三驱动杆4、第三绳索9、第三移动副15，第三驱动杆4通过第三移动副15与机架1滑动连接，第三绳索9一端固结在第三驱动杆4上，第三绳索9另一端固结在动平台11上；
末端传动装置包括约束杆5、弹簧6、第一转动副17、十字轴10、第二转动副18和第四移动副16，约束杆5通过第四移动副16与机架1连接，弹簧6穿过约束杆5卡在约束杆5一端与机架1之间，约束杆5通过第一转动副17与十字轴10的第一正交轴转动连接，十字轴10的第二正交轴通过第二转动副18与动平台11摆动连接，摄像头12固定安装在动平台11上。
在本实施例中，参见图1～图5，弹簧6始终处于压缩状态，并给约束杆5相对机架1反方向的力；第一驱动杆2、第二驱动杆3和第三驱动杆4分别独立的运动，并通过第一绳索7、第二绳索8和第三绳索9带动动平台11实现沿第四移动副16方向移动运动和绕第一转动副17、第二转动副18轴线方向的二维转动运动，摄像头12与动平台11做相同的三自由度运动。本实施例采用绳索和弹簧驱动的方式，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。本实施例具有较少的驱动、紧凑的结构、较大的工作空间、灵活的运动能力。
在本实施例中，参见图1、图3～图5，末端传动装置设置于动平台11的背面，摄像头12安装在动平台11的正面中央位置处，使传动件与摄像头12隔离，使装置模块功能区进行有效分割，提高装置的工作的稳定性。
在本实施例中，参见图1、图3～图5，采用圆板形状的动平台11，第一绳索7、第二绳索8、第三绳索9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，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。
在本实施例中，参见图1～图5，绳索和弹簧驱动的三自由度仿生眼执行机构的动平台通过一个十字轴10连接在一个具有一个移动自由度的约束杆5上，约束杆5与机架1之间有一个弹簧6，可使约束杆5始终受到一个相对机架1反向的推力，三个驱动杆分别拉动三条绳索，并带动动平台11实现三自由度的运动，最终实现摄像头12随动平台11的三自由度运动。本实施例机构与相同自由度的绳驱动机构相比，至少少一个驱动数，与常规结构机构相比具有结构紧凑，运动灵活的优点。
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7、第二绳索8、第三绳索9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索和弹簧驱动的三自由度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 (5)

1.一种绳索和弹簧驱动的三自由度仿生眼执行机构，包括机架(1)、动平台(11)和摄像头(12)，其特征在于：还包括第一驱动杆(2)、第二驱动杆(3)、第三驱动杆(4)、约束杆(5)、弹簧(6)、第一绳索(7)、第二绳索(8)、第三绳索(9)和十字轴(10)；
采用三自由度动作驱动执行机构系统，主要包括第一运动驱动执行机构、第二运动驱动执行机构、第三运动驱动执行机构和末端传动装置；
所述第一运动驱动执行机构包括第一驱动杆(2)、第一绳索(7)、第一移动副(13)；所述第一驱动杆(2)通过第一移动副(13)与机架(1)滑动连接，第一绳索(7)一端固结在第一驱动杆(2)上，第一绳索(7)另一端固结在动平台(11)上；
所述第二运动驱动执行机构包括第二驱动杆(3)、第二绳索(8)、第二移动副(14)，所述第二驱动杆(3)通过第二移动副(14)与机架(1)滑动连接，第二绳索(8)一端固结在第二驱动杆(3)上，第二绳索(8)另一端固结在动平台(11)上；
所述第三运动驱动执行机构包括第三驱动杆(4)、第三绳索(9)、第三移动副(15)，所述第三驱动杆(4)通过第三移动副(15)与机架(1)滑动连接，第三绳索(9)一端固结在第三驱动杆(4)上，第三绳索(9)另一端固结在动平台(11)上；
所述末端传动装置包括约束杆(5)、弹簧(6)、第一转动副(17)、十字轴(10)、第二转动副(18)和第四移动副(16)，约束杆(5)通过第四移动副(16)与机架(1)连接，弹簧(6)穿过约束杆(5)卡在约束杆(5)一端与机架(1)之间，约束杆(5)通过第一转动副(17)与十字轴(10)的第一正交轴转动连接，十字轴(10)的第二正交轴通过第二转动副(18)与动平台(11)摆动连接，摄像头(12)固定安装在动平台(11)上。
2.根据权利要求1所述绳索和弹簧驱动的三自由度仿生眼执行机构，其特征在于：所述弹簧(6)始终处于压缩状态，并给约束杆(5)相对机架(1)反方向的力；所述第一驱动杆(2)、第二驱动杆(3)和第三驱动杆(4)分别独立的运动，并通过第一绳索(7)、第二绳索(8)和第三绳索(9)带动所述动平台(11)实现沿第四移动副(16)方向移动运动和绕第一转动副(17)、第二转动副(18)轴线方向的二维转动运动，摄像头(12)与动平台(11)做相同的三自由度运动。
3.根据权利要求1所述绳索和弹簧驱动的三自由度仿生眼执行机构，其特征在于：所述末端传动装置设置于动平台(11)的背面，摄像头(12)安装在动平台(11)的正面中央位置处。
4.根据权利要求1所述绳索和弹簧驱动的三自由度仿生眼执行机构，其特征在于：采用圆板形状的动平台(11)，所述第一绳索(7)、第二绳索(8)、第三绳索(9)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。
5.根据权利要求1所述绳索和弹簧驱动的三自由度仿生眼执行机构，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(7)、第二绳索(8)、第三绳索(9)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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