CN111604918B - 五自由度双目防抖仿生眼机构 - Google Patents

Abstract

本发明申请公开了一种五自由度双目防抖仿生眼机构，包括双目仿生眼，包括两个能够左右运动的1自由度眼球组件；颈部组件，包括3自由度颈部关节，所述颈部组件驱动所述双目仿生眼上下运动、左右运动和左右摇摆运动的一种或多种。本发明申请解决了现有的多自由度仿生眼通过对仿生眼眼球的进行多维度自由度调整，导致多自由度仿生眼上部构件集中、结构复杂布线连接杂乱、匹配仿生眼设置的机身体量大，同时由于自由度控制集中在仿生眼眼球处，导致各自由度控制构件之间相互影响，造成仿生眼的防抖性能弱的技术问题的技术问题。

Description

五自由度双目防抖仿生眼机构

技术领域

本发明申请涉及智能仿生机器人技术领域，具体而言，涉及一种五自由度双目防抖仿生眼机构。

背景技术

作为人类与外界环境进行信息交互最重要的器官，眼睛是人类感知外部环境的重要渠道。对于仿生机器人而言，“眼睛”对于其正确执行复杂任务的重要性不言而喻。同时，眼睛获取信息的过程又离不开身体的协调运动，其中眼睛与颈部的协调运动发挥重要的作用。随着仿生眼技术的突破，人们对其获取信息的能力也提出更高的要求。

人体生理学与解剖学研究表明，每只人眼有三个自由度，分别实现眼球的上下转动、左右运动和横滚运动；此外人类颈部关节也具有三个自由度，分别控制着头部的上下转动、左右转动和左右摇摆运动。

对现有的技术文献的检索发现，目前的仿生眼机器人主要集中在模仿眼球运动的研究，对头眼协调运动机制的研究相对较少。专利CN110405784A提出了一种七自由度防抖高动态仿生眼结构，该结构包含三自由度的颈部机构和两个两自由度的眼球机构，通过在仿生眼的眼球部位对上下和左右两个方向自由度的控制来进行信息采集作业，但由于仿生眼眼球自由度设置的多维化，导致仿生眼整体结构防抖性能弱、结构复杂、布线杂乱，不利于仿生眼后续零部件的更换和维护。

发明内容

本发明申请的主要目的在于提供一种五自由度双目防抖仿生眼机构，以解决现有的多自由度仿生眼由于仿生眼眼球自由度设置的多维化，导致仿生眼整体结构防抖性能弱、结构复杂、布线杂乱，不利于仿生眼后续零部件的更换和维护的技术问题。

为了实现上述目的，根据本发明申请的一个方面，提供了一种五自由度双目防抖仿生眼机构。

根据本发明申请的五自由度双目防抖仿生眼机构包括：

双目仿生眼，包括两个能够左右运动的1自由度眼球组件；

颈部组件，包括3自由度颈部关节，所述颈部组件驱动所述双目仿生眼上下运动、左右运动和左右摇摆运动的一种或多种。

进一步的，所述1自由度眼球组件包含1个电机。

进一步的，所述1自由度眼球组件包括壳体和设置在所述壳体中的相机模组，所述壳体和所述相机模组设置在所述1自由度眼球组件的所述电机上。

进一步的，所述相机模组包括依次连接的相机、相机支架、惯性测量装置和用于连接所述壳体的固定座。

进一步的，所述固定座为U型结构。

进一步的，所述两个所述1自由度眼球组件为左眼球组件和右眼球组件。

进一步的，包括支架，所述左眼球组件和所述右眼球组件等距离设置在所述支架的两端。

进一步的，所述左眼球组件、所述右眼球组件和所述支架的整体结构重心，与所述颈部组件的结构重心竖向重合。

进一步的，所述3自由度颈部关节包括驱动结构和颈部结构。

进一步的，所述驱动结构包括3组电机，所述3组电机包括控制所述颈部结构进行左右运动的第一电机、控制所述颈部结构进行左右摇摆的第二电机和控制所述颈部结构进行上下作业的第三电机。

本发明申请实施例中对仿生眼眼球机构的可运动自由度进行优化，仅保留其偏航运动自由度，同时通过颈部机构的俯仰关节自由度来弥补眼球机构的俯仰运动，进而使结构更加轻盈，动态性能优异。采用1自由度眼球组件，通过颈部组件的3自由度颈部关节调整进行大范围的场景切换，双目仿生眼的眼球关节在其基础上进行小范围视野调整，达到了实现大场景的视觉信息获取设置的目的，从而实现了仿生眼整体结构紧凑、布线更加简洁、机身更加轻盈、结构稳定且防抖性能好的技术效果，进而解决了现有的多自由度仿生眼通过对仿生眼眼球的进行多维度自由度调整，导致多自由度仿生眼上部构件集中、结构复杂布线连接杂乱、匹配仿生眼设置的机身体量大，同时由于自由度控制集中在仿生眼眼球处，导致各自由度控制构件之间相互影响，造成仿生眼的防抖性能弱的技术问题的技术问题。

另外本发明申请在通过对相机模组的结构的连接方面的改进，使惯性测量装置贴合相机设置，并通过相机支架和固定座使的所述相机模组得整体结构更加的紧凑和稳定，便于惯性测量装置对相机进行信息采集，进一步提高了本发明申请五自由度双目防抖仿生眼机构的防抖效果。

附图说明

构成本发明申请的一部分的附图用来提供对本发明申请的进一步理解，使得本发明申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本发明申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本发明申请，并不构成对本发明申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明申请实施例的五自由度双目防抖仿生眼机构的结构示意图；

图2根据本发明申请实施例的五自由度双目防抖仿生眼机构的结构示意图；

图3是根据本发明申请实施例的五自由度双目防抖仿生眼机构的相机模组的结构示意图。

附图标记

1：支架；2：左眼球组件；201：壳体；202：相机模组；2021：相机；2022：相机支架；2023：惯性测量装置；2024：固定座；203：眼球电机；3：右眼球组件；4：颈部组件；401：第一电机；402：第二电机；403：第三电机；404：支撑件；4041：连接件；405：底座。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明申请方案，下面将结合本发明申请实施例中的附图，对本发明申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明申请中的实施例，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，都应当属于本发明申请保护的范围。

需要说明的是，本发明申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本发明申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明申请中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明申请。

常规的现有技术中仿生眼的颈部结构和仿生眼的眼球结构虽配合进行仿生眼的信息的采集，但由于仿生眼包含多维自由度的控制，致使仿生眼的眼球的整体结构复杂、布线杂乱，且容易导致头重脚轻，造成仿生眼防抖性能弱的结果。

本发明申请经过不断的实验和分析，开发设计了一种五自由度双目防抖仿生眼机构，该五自由度双目防抖仿生眼机构通过一双仅包含1自由度的仿生眼眼球结构配合颈部组件的3自由度关节进行仿生眼信息的采集，从而达到了在不影响仿生眼进行信息采集的前提下，精简了仿生眼眼球的结构和布线，将作业的调节分散到仿生眼的各个结构上(如颈部构件和/或支架)，提高了仿生眼眼球在进行自由度调整过程中的防抖效果，使仿生眼整体结构得到了精简、布线得到了优化，方便仿生眼后续零部件的更换和维护。

如图1、图2所示，本发明申请涉及一种五自由度双目防抖仿生眼机构，包括双目仿生眼和颈部组件，所述双目仿生眼，包括两个能够左右运动的1自由度眼球组件，所述1自由度眼球组件包含1个电机；所述颈部组件，包括3自由度颈部关节，所述颈部组件驱动所述双目仿生眼上下运动、左右运动和左右摇摆运动的一种或多种。在本发明申请优选的实施例中，所述两个所述1自由度眼球组件为左眼球组件2和右眼球组件3，在本发明申请进一步优选的实施例中，包括支架1、左眼球组件2、右眼球组件3和颈部组件4，所述左眼球组件2包括壳体201、相机组件202和用于控制所述左眼球组件2左右运动的眼球电机眼球电机203，所述相机组件202设置在所述壳体201中，所述壳体201与所述眼球电机203连接；在进一步优选的实施例中，所述壳体201和相机组件202均设置在所述眼球电机203上。所述右眼球组件3与所述左眼球组件2的结构相同；所述左眼球组件2和所述右眼球组件3以镜像对称的方式安装在所述支架1的左右两端。

本发明申请的技术方案上述结构的设定是对仿生眼眼球机构的可运动自由度进行的优化，仅保留其偏航运动自由度，同时通过颈部机构的俯仰关节自由度来弥补眼球机构的俯仰运动，进而使结构更加轻盈，动态性能优异。

所述颈部组件4的3个自由度颈部关节包括驱动结构和颈部结构，所述驱动结构包括3组电机，所述3组电机包括控制所述颈部结构进行左右运动的第一电机401、控制所述颈部结构进行左右摇摆的第二电机402和控制所述颈部结构进行上下运动的第三电机403。所述左眼球组件2和所述右眼球组件3通过所述支架1设置在所述颈部组件4上，所述颈部组件4带动所述支架1和所述左眼球组件2和所述右眼球组件3进行上下运动、左右运动和左右摇摆运动的一种或多种。在本发明申请进一步优选的实施例中，所述左眼球组件2和所述右眼球组件3等距离设置在所述支架1的两端。

本发明申请的五自由度双目防抖仿生眼机构的采用1自由度眼球组件，通过颈部组件的3自由度颈部关节调整进行大范围的场景切换，双目仿生眼的眼球关节在其基础上进行小范围视野调整，达到了实现大场景的视觉信息获取设置的目的，从而实现了仿生眼整体结构紧凑、布线更加简洁、机身更加轻盈、结构稳定且防抖性能好的技术效果。

在本发明申请优选的实施例中，所述颈部组件4包括第一电机401、第二电机402、第三电机403、支撑件404和底座405，所述第一电机401控制所述颈部组件4进行水平向旋转作业的；所述第二电机402控制所述颈部组件4进行竖向左右摆动作业；所述第三电机403控制所述颈部组件4进行下仰俯作业；所述支撑件404竖向设置在所述底座405上，所述底座405水平向设置，所述第一电机401设置在所述支撑件404或所述底座405上，所述第二电机402和所述第三电机403设置在所述支撑件404上。

在本发明申请进一步优选的实施例中，所述第一电机401设置在所述支撑件404与所述底座405之间；所述支撑件404包括连接件4041，如图2所示，所述连接件4041设置在所述支撑件404与所述支架1的连接位置处。所述第二电机402和所述第三电机403设置在所述连接件4041上，并通过对所述连接件4041的带动，从而联动所述支架1，带动设置在所述支架1上的所述左眼球组件2和所述右眼球组件3进行竖向左右摆动和/或上下仰俯作业。

如图2、图3所示，在本发明申请优选的实施例中，为使本发明申请的简单实用且外观结构轻巧，所述相机模块202包括相机2021、相机支架2022、惯性测量装置2023和用于连接所述壳体201的固定座2024。所述固定座2024为U型结构；在本发明申请的其他实施例中，所述固定座2024为十字型结构。所述惯性测量装置2023贴合所述相机2021设置，方便所述惯性测量装置2023对所述相机2021的作业信息进行采集，更利于在算法上防抖。在本发明申请优选的实施例中，所述惯性测量装置为陀螺仪。

在本发明申请优选的实施例中所述左眼球组件2中的壳体201由前壳体、后壳体组成，所述相机模组202包含在壳体201中，所述眼球电机203为外转子无刷电机；所述相机模组202按拼装顺序由相机2021、相机支架2022、惯性测量装置2023、固定座2024构成。所述颈部机构4中的所述第一电机401通过螺丝固定在底座405的上方，所述第一电机401的外转子与所述支撑件404的下端连接；所述第二电机402通过螺丝固定在所述支撑件404的上端，其外转子与所述连接件4041连接；所述第三电机403通过螺丝固定在所述连接件4041上，其外转子与所述支架1的中部连接处通过螺丝固定。

在本发明申请优选的实施例中，所述左眼球组件2和诉述右眼球组件3等距离设置在所述支架1大的两端；在本发明申请进一步优选的实施例中，所述左眼球组件2、所述右眼球组件3和所述支架1大的整体结构重心，与所述颈部组件4的结构重心竖向重合。

在本发明申请进一步优选的实施例中，为使本发明申请各自由度位置可控，所有电机都安装了绝对式码盘以保证定位精度。

本发明申请为了更好地实现仿生眼本体的防抖及高动态性能，在左眼球组件和/或右眼球组件仅采用一个外转子无刷电机，用于控制所述左眼球组件和/或右眼球组件的左右运动。与以往仿生眼结构中眼球机构采用两个或者三个自由度相比，本发明申请的技术方案对仿生眼眼球机构的可运动自由度进行优化，仅保留其偏航运动自由度，同时通过颈部组件的俯仰关节自由度的设置(3组电机的分别设置)来弥补眼球机构的俯仰运动，进而使结构更加轻盈，动态性能优异。

本发明申请中通过三自由度的颈部组件，调整大范围的场景切换，左眼球组件和右眼球组件的眼球电机在其基础上进行小范围视野调整，从而实现大场景的视觉信息获取。左眼球组件或右眼球组件将相机和惯性测量器件结合起来，更利于在算法上进行防抖；本发明申请结构更加轻巧，重心设置合理，各关节(电机)负载力矩达到最优值，因此物理防抖性能得到提高；进一步使得本发明申请到的布线更加简洁美观，整体上实现高低频电隔离，强弱电隔离，保证供电状态、信号传输的稳定性。提高了仿生眼在工程应用中的可行性。

本发明申请实施例中对仿生眼眼球机构的可运动自由度进行优化，仅保留其偏航运动自由度，同时通过颈部机构的俯仰关节自由度来弥补眼球机构的俯仰运动，进而使结构更加轻盈，动态性能优异。采用1自由度眼球组件，通过颈部组件的3自由度颈部关节调整进行大范围的场景切换，双目仿生眼的眼球关节在其基础上进行小范围视野调整，达到了实现大场景的视觉信息获取设置的目的，从而实现了仿生眼整体结构紧凑、布线更加简洁、机身更加轻盈、结构稳定且防抖性能好的技术效果，进而解决了现有的多自由度仿生眼通过对仿生眼眼球的进行多维度自由度调整，导致多自由度仿生眼上部构件集中、结构复杂布线连接杂乱、匹配仿生眼设置的机身体量大，同时由于自由度控制集中在仿生眼眼球处，导致各自由度控制构件之间相互影响，造成仿生眼的防抖性能弱的技术问题的技术问题。

另外本发明申请在通过对相机模组的结构的连接方面的改进，使惯性测量装置贴合相机设置，并通过相机支架和固定座使的所述相机模组得整体结构更加的紧凑和稳定，便于惯性测量装置对相机进行信息采集，进一步提高了本发明申请五自由度双目防抖仿生眼机构的防抖效果。

以上所述仅为本发明申请的优选实施例而已，并不用于限制本发明申请，对于本领域的技术人员来说，本发明申请可以有各种更改和变化。凡在本发明申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明申请的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种五自由度双目防抖仿生眼机构，其特征在于，包括：

双目仿生眼，包括两个能够左右运动的1自由度眼球组件；

颈部组件，包括3自由度颈部关节，所述颈部组件驱动所述双目仿生眼上下运动、左右运动和左右摇摆运动的一种或多种；所述1自由度眼球组件包含1个电机；

所述两个所述1自由度眼球组件为左眼球组件和右眼球组件；

还包括支架，所述左眼球组件、所述右眼球组件和所述支架的整体结构重心，与所述颈部组件的结构重心竖向重合；所述1自由度眼球组件包括壳体和设置在所述壳体中的相机模组，所述壳体和所述相机模组设置在所述1自由度眼球组件的所述电机上；所述相机模组包括依次连接的相机、相机支架、惯性测量装置和用于连接所述壳体的固定座；所述固定座为U型结构，惯性测量装置贴合所述相机设置。

2.根据权利要求1所述的五自由度双目防抖仿生眼机构，其特征在于，所述左眼球组件和所述右眼球组件等距离设置在所述支架的两端。

3.根据权利要求2所述的五自由度双目防抖仿生眼机构，其特征在于，所述3自由度颈部关节包括驱动结构和颈部结构。

4.根据权利要求3所述的五自由度双目防抖仿生眼机构，其特征在于，所述驱动结构包括3组电机，所述3组电机包括控制所述颈部结构进行左右运动的第一电机、控制所述颈部结构进行左右摇摆的第二电机和控制所述颈部结构进行上下运动的第三电机。

Images