CN112145914A - 一种计算机视觉系统的视频采集驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种计算机视觉系统的视频采集驱动装置，包括外套管，其上设置有定位孔和导向孔，导向孔沿外套管的侧壁呈螺旋状延伸设置；导向孔的侧壁上设置有齿条。内套管，滑动设置在定位孔内。驱动机构，具有设置在内套管的内侧的驱动件、传动单元和齿轮，齿轮设置在内套管的外侧并与齿条相啮合；驱动件通过传动单元驱动齿轮转动，齿轮沿着齿条行走转动以带动内套管沿着导向孔的螺旋方向旋转升降。图像采集单元，设置在内套管上并随内套管的螺旋升降伸缩调整。本发明通过涡轮蜗杆的配合带动齿轮沿着外套管的斜向设置的螺旋线齿条传动从而实现内套管和外套管的旋转升降，结构简单，简化了自动控制系统。

Description

一种计算机视觉系统的视频采集驱动装置
技术领域
本发明涉及图像采集技术领域，特别是一种计算机视觉系统的视频采集驱动装置。
背景技术
计算机视觉系统是一门研究如何使机器″看″的科学，更进一步的说，是指用摄影机和电脑代替人眼对目标进行识别、跟踪和测量等机器视觉，并进一步做图形处理，使电脑处理成为更适合人眼观察或传送给仪器检测的图像。
计算机视觉系统是人类获取的最重要的信息之一，而在计算机视觉系统中图像采集单元是获取图像的重要部件。为了更好的进行调整摄像头观察的角度常需要对图像采集单元进行调整以满足多种的图像数据要求。现有技术的摄像头的伸缩驱动机构一般通过多级齿轮传动，其结构较为复杂繁琐，且占用较多的空间。
发明内容
本发明的目的是提供一种计算机视觉系统的视频采集驱动装置，以解决现有技术中的不足，它通过涡轮蜗杆的配合带动齿轮沿着外套管的斜向设置的螺旋线齿条传动从而实现内套管和外套管的旋转升降，结构简单，简化了自动控制系统。
本发明提供了一种计算机视觉系统的视频采集驱动装置，包括：
外套管，其上设置有沿轴向方向延伸设置的定位孔和设置在所述外套管侧壁上并与所述定位孔相贯通的导向孔，所述导向孔沿所述外套管的侧壁呈螺旋状延伸设置；所述导向孔的侧壁上沿所述导向孔的延伸方向延伸设置有齿条；
内套管，滑动设置在所述定位孔内；
驱动机构，具有设置在所述内套管的内侧的驱动件、传动单元和齿轮，所述齿轮设置在所述内套管的外侧并与所述齿条相啮合；所述驱动件通过所述传动单元驱动所述齿轮转动，所述齿轮沿着所述齿条行走转动以带动所述内套管沿着所述导向孔的螺旋方向旋转升降；
图像采集单元，设置在所述内套管上并随所述内套管的螺旋升降伸缩调整。
如上所述的一种计算机视觉系统的视频采集驱动装置，其中，优选的是，所述内套管的内侧壁上设置有固定板，所述驱动件为固定在所述固定板上的电机；
所述传动单元包括与所述驱动件的转轴通过滑键配合的蜗杆、与所述蜗杆啮合的涡轮和与所述蜗杆同轴设置的传动轴，所述传动轴转动安装在所述固定板上，所述齿轮与所述传动轴同轴设置。
如上所述的一种计算机视觉系统的视频采集驱动装置，其中，优选的是，所述蜗杆具有与所述涡轮配合的螺纹本体部、设置在所述螺纹本体部两侧的第一球头部、第二球头部和与所述第二球头部连接固定并与所述驱动件配合的连接杆；
所述固定板上还具有同侧设置在所述固定板上的第一支撑板和第二支撑板，所述第二支撑板设置在所述第一支撑板与所述驱动件之间；
所述第一球头部抵接在所述第一支撑板上，所述连接杆穿设所述第二支撑板且所述第二球头部抵接在所述第二支撑板上。
如上所述的一种计算机视觉系统的视频采集驱动装置，其中，优选的是，所述固定板上具有固定板穿孔，所述驱动件与所述传动轴分别位于所述固定板的相对两侧，部分所述涡轮穿设所述固定板穿孔以与所述蜗杆啮合。
如上所述的一种计算机视觉系统的视频采集驱动装置，其中，优选的是，所述固定板上具有用于支撑所述传动轴并与所述传动轴转动连接的转动支撑板。
如上所述的一种计算机视觉系统的视频采集驱动装置，其中，优选的是，所述内套管的相对的两侧壁上分别设置有第一穿孔和第二穿孔，所述传动轴的两端分别转动安装在所述第一穿孔和第二穿孔内，且所述传动轴的一端凸伸出所述内套管的外侧壁并与所述齿轮连接固定。
如上所述的一种计算机视觉系统的视频采集驱动装置，其中，优选的是，所述传动单元上还具有设置在所述传动轴上的第一半球形限位件和第二半球形限位件，所述第一半球形限位件和所述第二半球形限位件分别位于所述内套管的内侧和外侧，且所述第一半球形限位件上具有用于与所述内套管的内侧壁相抵接的第一半球形抵接部，所述第二半球形限位件上具有用于与所述内套管的外侧壁相抵接的第二半球形抵接部。
如上所述的一种计算机视觉系统的视频采集驱动装置，其中，优选的是，所述涡轮与所述蜗杆之间的摩擦系数为0.6-0.8，所述蜗杆的导程角小于3°。
如上所述的一种计算机视觉系统的视频采集驱动装置，其中，优选的是，所述计算机视觉系统的视频采集驱动装置还具有设置在所述内套管上的旋转单元，所述旋转单元具有固定在所述内套管上的外环、与所述外环同轴设置在所述外环内侧并与所述外环转动配合的内环、驱动所述内环转动的旋转驱动件和驱动件支撑板；所述驱动件支撑板固定在所述内套管的内侧壁上，所述内环上具有用于安装固定所述图像采集单元的安装部。
如上所述的一种计算机视觉系统的视频采集驱动装置，其中，优选的是，所述图像采集单元具有固定在内套管上的底座、设置在底座上的外壳体和镜头模组，所述外壳体具有半球体结构，外壳体上具有沿周向延伸设置的滑槽，所述镜头模组滑动设置在滑槽内。
与现有技术相比，本发明公开的计算机视觉系统的视频采集驱动装置通过涡轮蜗杆的配合带动齿轮沿着外套管的斜向设置的螺旋线齿条传动从而实现内套管和外套管的旋转升降，结构简单，简化了自动控制系统，相比于现有技术中必须沿着竖向方向的齿条上下伸缩移动，其传动的稳定性更高，齿轮在斜向设置的齿条上移动其操控性和稳定性更好。通过斜向旋转升降也能够在电机输出较小的输出扭矩的基础上实现两者的伸缩移动。
附图说明
图1是本发明实施例公开的计算机视觉系统的视频采集驱动装置的第一立体图；
图2是本发明实施例公开的计算机视觉系统的视频采集驱动装置的第二立体图；
图3是本发明实施例公开的计算机视觉系统的视频采集驱动装置的第三立体图；
图4是本发明实施例公开的计算机视觉系统的视频采集驱动装置中传动轴的安装结构示意图；
图5是本发明实施例公开的计算机视觉系统的视频采集驱动装置中外套管的结构示意图；
图6是本发明实施例公开的计算机视觉系统的视频采集驱动装置中驱动机构的结构示意图；
图7是本发明实施例公开的计算机视觉系统的视频采集驱动装置中蜗杆的结构示意图；
图8是本发明实施例公开的计算机视觉系统的视频采集驱动装置中转动的单元的结构示意图；
图9是本发明实施例公开的计算机视觉系统的视频采集驱动装置中内环与外环的安装结构示意图；
附图标记说明：1-外套管，10-定位孔，11-导向孔，12-齿条，2-内套管，21-固定板，210-固定板穿孔，211-第一支撑板，212-第二支撑板，213-传动支撑板，22-第一穿孔，23-第二穿孔，3-驱动机构，31-驱动件，32-传动单元，321-蜗杆，3210-螺纹本体部，3211-第一球头部，3212-第二球头部，3213-连接杆，322-涡轮，323-传动轴，324-第一半球形限位件，3241-第一半球形抵接部，325-第二半球形限位件，3251-第二半球形抵接部，33-齿轮，4-转动单元，41-外环，42-内环，421-安装部，43-旋转驱动件，44-驱动件支撑板，45-齿盘，100-图像采集单元，101-底座，102-外壳体，103-镜头模组，104-滑槽。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本发明的实施例：如图1-9所示，公开了一种计算机视觉系统的视频采集驱动装置，包括：外套管1、内套管2、驱动机构3和图像采集单元100。驱动机构3驱动内套管2在外套管1上旋转升降，图像采集单元100设置在内套管2上并随内套管2的升降伸缩调整。本实施例中采用自动旋转升降的方式控制内套管2的沿着外套管1旋转伸缩从而更方便的实现图像采集单元100的伸缩调整，在本实施例中图像采集单元100为摄像头组件。
具体的在本实施例中所述外套管1上设置有沿轴向方向延伸设置的定位孔10和设置在所述外套管1侧壁上并与所述定位孔10相贯通的导向孔11。定位孔10与内套管2相适配，内套管2能够沿着定位孔10上下滑动。导向孔11设置在外套管1的内侧壁上并且开口朝向定位孔10，当然导向孔11还可以完全贯穿所述外套管1的侧壁。作为优选的方案，导向孔11设置为不完全贯穿外套管1以更好的实现外套管1的密封效果。
所述导向孔11沿所述外套管1的侧壁呈螺旋状延伸设置；所述导向孔11的侧壁上沿所述导向孔11的延伸方向延伸设置有齿条12，齿条12的延伸方向与导向孔11的延伸方向相一致，齿条12设置在导向孔11的侧壁上。
导向孔11呈螺旋状沿外套管1的侧壁设置排布，内套管2上固定有传动轴后323，传动轴323上具有凸伸入导向孔11的安装部，安装部与导向孔11相适配并沿着导向孔11滑动。通过安装部与导向孔11的配合从而限定内套管2沿着导向孔11的螺旋方向升降。在本实施例中为了方便实现内套管2与外套管1的自动升降的控制，在导向孔11上设置了齿条12，同时在安装部上设置有与齿条12相适配和啮合的齿轮33，然后通过驱动机构3驱动齿轮33在齿条12上行走移动从而控制内套管2与外套管1之间的旋转升降。内套管2在旋转上升的时候带动图像采集单元100上升，内套管2在旋转下降的时候带动图像采集单元100下降。
通过上述结构的设置能够简化自动控制系统，相比于现有技术中必须沿着竖向方向的齿条上下伸缩移动其传动的稳定性更高，齿轮33在斜向设置的齿条12上移动其操控性和稳定性更好。通过斜向旋转升降也能够在电机输出较小的输出扭矩的基础上实现两者的伸缩移动，节约了成本。
具体的，在本实施例中所述驱动机构3具有设置在所述内套管2的内侧的驱动件31、传动单元32和前文提到的齿轮33，所述齿轮33设置在所述内套管2的外侧并与所述齿条12相啮合。
所述传动单元32包括与所述驱动件31的转轴通过滑键配合的蜗杆321、与所述蜗杆321啮合的涡轮322和与所述蜗杆322同轴设置的传动轴323，所述传动轴323转动安装在固定板21上，所述齿轮33与所述传动轴323同轴设置。
固定板21设置在内套管2的内侧壁上用于支撑固定驱动件31，在本实施例中为了更集约化设计驱动件31设计为固定在固定板21上的空心杯电机。驱动件31能够实现正向反向的转动。驱动件31具有底座和输出轴，底座固定在固定板21上，输出轴通过变速箱固定连接至蜗杆321，蜗杆321带动与之啮合的涡轮322产生转动，涡轮322则固定在传动轴后323上，蜗杆322则通过传动轴323带动固定在传动轴323上的齿轮33转动。
在本实施例中所述固定板21上具有用于支撑所述传动轴323并与所述传动轴323转动连接的转动支撑板213。传动轴323转动安装在传动支撑板213上，传动支撑板213则固定在固定板21上。传动轴323的一端自内套管2的内侧向外延伸出内套管2并用于固定齿轮33。所述齿轮33沿着所述齿条12行走转动以带动所述内套管2沿着所述导向孔11的螺旋方向旋转升降。
在本实施例中所述涡轮322与所述蜗杆321之间的摩擦系数为0.6-0.8，所述蜗杆321的导程角小于3°。上述结构的设置能够实现蜗杆321的自锁，也就是只能通过蜗杆321控制涡轮322的移动，但是不能通过涡轮322控制蜗杆321的移动。因此采用涡轮蜗杆的配合结构能够实现更好的操控性，同时，也提高了内套管2在伸缩过程中的稳定性。
为了提高蜗杆321在转动过程中的稳定性，在固定板21上还设置有第一支撑板211，第一支撑板211具有用于与蜗杆321的远离驱动件31的一端相抵接的蜗杆抵接部和用于支撑蜗杆321的蜗杆支撑部321，蜗杆321的一端搭接在蜗杆支撑部321上。第一支撑板211的设置能够实现蜗杆321在转动过程中的稳定性。
在本实施例中所述蜗杆321具有与所述涡轮322配合的螺纹本体部3210、设置在所述螺纹本体部3210两侧的第一球头部3211、第二球头部3212和与所述第二球头部3212连接固定并与所述驱动件31配合的连接杆3213。驱动件31通过变速箱连接固定至连接杆3213。
第一球头部3211设置在蜗杆321上远离驱动件31的一端，第一球头部3211与第一支撑板211相抵接。所述固定板21上还具有与所述第一支撑板211相对设置的第二支撑板212，第一支撑板211和第二支撑板212同侧设置在所述固定板21上，且所述第二支撑板212设置在所述第一支撑板211与所述驱动件31之间。第二支撑板212上设置有与所述连接杆3213相适配的穿孔，连接杆3213穿设穿孔并与驱动件31的输出轴连接固定，连接杆3213可以在穿孔内转动。第二支撑板212上的穿孔被设置为限制第二球头部3212穿设，从而使第二球头部3212抵接在第二支撑板212上。
由于在蜗杆321在转动过程中会产生轴向的窜动力，该窜动力驱使蜗杆321抵接在第一支撑板211上或者驱使蜗杆321抵接在第二支撑板212上，而为了减少传动过程中的摩擦阻力，在本实施例中将蜗杆321的两个端头都设置成球形，球形的端头与支撑板相抵接从而减少接触面积，能够有效的减少传动过程中的摩擦力，从而提高传动效率。
蜗杆321在传动过程中第一球头部3211抵接在所述第一支撑板211上，所述连接杆3213穿设所述第二支撑板212且所述第二球头部3212抵接在所述第二支撑板212上。同时第一支撑板211和第二支撑板212的设置能够避免蜗杆321在转动过程中产生的窜动力对驱动件31的损坏，第一支撑板211和第二支撑板212承载蜗杆转动过程中产生的窜动力，从而有效的保护了驱动件31，提高了驱动件31的使用寿命和稳定性。
在本实施例中所述固定板21上具有固定板穿孔210，所述驱动件31与所述传动轴323分别位于所述固定板21的相对两侧，部分所述涡轮322穿设所述固定板穿孔210以与所述蜗杆321啮合。固定板21与内套管2同轴设置并与内套管2连接固定。驱动件31和蜗杆321设置在固定板21的上侧，传动轴323设置在固定板21的下侧，部分涡轮322则穿设固定板穿孔210并与蜗杆321啮合。
进一步的，为了更好的提高传动过程的稳定性，所述内套管2的相对的两侧壁上分别设置有第一穿孔22和第二穿孔23，所述传动轴323的两端分别转动安装在所述第一穿孔22和第二穿孔23内。这样传动轴323则同时转动安装在内套管2的相对两个侧壁上以及两个传动支撑板213上，通过四个位置的支撑固定能够保证传动轴323的平稳的运行。所述传动轴323的一端凸伸出所述内套管2的外侧壁并与所述齿轮33连接固定。
涡轮322固定在传动轴323上，涡轮322在传动过程中也会产生轴向的窜动力，由于涡轮322与传动轴323同轴设置，因此该轴向窜动力也会驱使传动轴323在轴向方向上产生窜动。因此，为了消除传动轴323在轴向上的窜动所述传动单元32上还具有设置在所述传动轴323上的第一半球形限位件324和第二半球形限位件325，所述第一半球形限位件324和所述第二半球形限位件325分别位于所述内套管2的内侧和外侧，且所述第一半球形限位件324上具有用于与所述内套管2的内侧壁相抵接的第一半球形抵接部3241，所述第二半球形限位件325上具有用于与所述内套管2的外侧壁相抵接的第二半球形抵接部3251。
通过第一半球形限位件324和第二半球形限位件325能使两者分别抵接在内套管2的内侧和外侧，从而将传动轴323上受到的窜动力抵消在内套管2上，避免传动到齿轮33上，从而有效的保证了传动过程中的稳定性。在本实施例中将第一半球形限位件324与内套管2的内侧壁相抵接的面设置为半球形，同时将第二半球形限位件325上与内套管2的外侧壁相抵接的面设置为半球形能够有效的减少第一半球形限位件324和内套管2的接触面积，以及第二半球形限位件325与内套管2的接触面积，从而避免轴向窜动力使第一半球形限位件324与内套环2之间的摩擦力较大。通过减少接触面积降低两者接触过程中产生的摩擦力，上述结构的设置能够有效的提高传动过程中的传动效率。
进一步的，所述计算机视觉系统的视频采集驱动装置还具有设置在所述内套管2上的旋转单元4，所述旋转单元4具有固定在所述内套管2上的外环41、与所述外环41同轴设置在所述外环41内侧并与所述外环41转动配合的内环42、驱动所述内环42转动的旋转驱动件43和驱动件支撑板44；所述驱动件支撑板44固定在所述内套管2的内侧壁上，所述内环42上具有用于安装固定图像采集单元100的安装部421。
计算机视觉系统的视频采集驱动装置可以用于控制图像采集单元100的升降，在控制图像采集单元升降的过程中由于内套管2是螺旋升降的也就是在升降过程中会产生旋转，如果图像采集单元100直接固定在内套管2上则会造成图像采集单元100在升降过程中的旋转，但是在实际使用过程中可能需要图像采集单元100保持在某一固定的角度，因此需要保证该图像采集单元100的稳定。
在本实施例中为了更好的实现对图像采集单元100的控制在内套管2上设置有转动安装在内套管2上的内环42，图像采集单元100与内环42转动连接，内环42与内套管2同轴设置。上述结构的设置能够在内套管2转动过程避免带动图像采集单元100的跟随旋转。而在控制内环42进行旋转的过程中则通过旋转驱动件43带动内环42转动，在本实施例中内环42的内侧壁上设置有沿周向设置的内齿条，所述旋转驱动件43的输出轴上设置有与内齿条相适配的齿盘45，所述齿盘45与内齿条啮合，齿盘45与内套管2同轴设置，旋转驱动件43通过齿盘45带动内环42转动进而带动固定在内环42上的图像采集单元100进行旋转。
所述图像采集单元100设置在所述内套管2上并随所述内套管2上的齿轮33在所述导向孔11上的螺旋滑动而升降。
进一步的图像采集单元100具有固定在内套管2上的底座101、设置在底座101上的外壳体102和镜头模组103，所述外壳体102具有半球体结构，外壳体102上具有沿周向延伸设置的滑槽104，所述镜头模组103滑动设置在滑槽104内，从而能够实现镜头模组103的多角度调节。上述结构的设置能够有效的实现对图像采集单元观察角度的灵活调节，增大其视野范围，能够适用多种需求。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种计算机视觉系统的视频采集驱动装置，其特征在于，包括：
外套管，其上设置有沿轴向方向延伸设置的定位孔和设置在所述外套管侧壁上并与所述定位孔相贯通的导向孔，所述导向孔沿所述外套管的侧壁呈螺旋状延伸设置；所述导向孔的侧壁上沿所述导向孔的延伸方向延伸设置有齿条；
内套管，滑动设置在所述定位孔内；
驱动机构，具有设置在所述内套管的内侧的驱动件、传动单元和齿轮，所述齿轮设置在所述内套管的外侧并与所述齿条相啮合；所述驱动件通过所述传动单元驱动所述齿轮转动，所述齿轮沿着所述齿条行走转动以带动所述内套管沿着所述导向孔的螺旋方向旋转升降；
图像采集单元，设置在所述内套管上并随所述内套管的螺旋升降伸缩调整。
2.根据权利要求1所述的计算机视觉系统的视频采集驱动装置，其特征在于：所述内套管的内侧壁上设置有固定板，所述驱动件为固定在所述固定板上的电机；
所述传动单元包括与所述驱动件的转轴通过滑键配合的蜗杆、与所述蜗杆啮合的涡轮和与所述蜗杆同轴设置的传动轴，所述传动轴转动安装在所述固定板上，所述齿轮与所述传动轴同轴设置。
3.根据权利要求2所述的计算机视觉系统的视频采集驱动装置，其特征在于：所述蜗杆具有与所述涡轮配合的螺纹本体部、设置在所述螺纹本体部两侧的第一球头部、第二球头部和与所述第二球头部连接固定并与所述驱动件配合的连接杆；
所述固定板上还具有同侧设置在所述固定板上的第一支撑板和第二支撑板，所述第二支撑板设置在所述第一支撑板与所述驱动件之间；
所述第一球头部抵接在所述第一支撑板上，所述连接杆穿设所述第二支撑板且所述第二球头部抵接在所述第二支撑板上。
4.根据权利要求2所述的计算机视觉系统的视频采集驱动装置，其特征在于：所述固定板上具有固定板穿孔，所述驱动件与所述传动轴分别位于所述固定板的相对两侧，部分所述涡轮穿设所述固定板穿孔以与所述蜗杆啮合。
5.根据权利要求2所述的计算机视觉系统的视频采集驱动装置，其特征在于：所述固定板上具有用于支撑所述传动轴并与所述传动轴转动连接的转动支撑板。
6.根据权利要求5所述的计算机视觉系统的视频采集驱动装置，其特征在于：所述内套管的相对的两侧壁上分别设置有第一穿孔和第二穿孔，所述传动轴的两端分别转动安装在所述第一穿孔和第二穿孔内，且所述传动轴的一端凸伸出所述内套管的外侧壁并与所述齿轮连接固定。
7.根据权利要求6所述的计算机视觉系统的视频采集驱动装置，其特征在于：所述传动单元上还具有设置在所述传动轴上的第一半球形限位件和第二半球形限位件，所述第一半球形限位件和所述第二半球形限位件分别位于所述内套管的内侧和外侧，且所述第一半球形限位件上具有用于与所述内套管的内侧壁相抵接的第一半球形抵接部，所述第二半球形限位件上具有用于与所述内套管的外侧壁相抵接的第二半球形抵接部。
8.根据权利要求1所述的计算机视觉系统的视频采集驱动装置，其特征在于：所述涡轮与所述蜗杆之间的摩擦系数为0.6-0.8，所述蜗杆的导程角小于3°。
9.根据权利要求1所述的计算机视觉系统的视频采集驱动装置，其特征在于：所述计算机视觉系统的视频采集驱动装置还具有设置在所述内套管上的旋转单元，所述旋转单元具有固定在所述内套管上的外环、与所述外环同轴设置在所述外环内侧并与所述外环转动配合的内环、驱动所述内环转动的旋转驱动件和驱动件支撑板；所述驱动件支撑板固定在所述内套管的内侧壁上，所述内环上具有用于安装固定所述图像采集单元的安装部。
10.根据权利要求1所述的计算机视觉系统的视频采集驱动装置，其特征在于：所述图像采集单元具有固定在内套管上的底座、设置在底座上的外壳体和镜头模组，所述外壳体具有半球体结构，外壳体上具有沿周向延伸设置的滑槽，所述镜头模组滑动设置在滑槽内。
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