CN112932390A

CN112932390A - 一种适用于狭窄管腔环境的摄像头全姿态调整机构

Info

Publication number: CN112932390A
Application number: CN202110272947.8A
Authority: CN
Inventors: 高晋阳; 高晨; 王瑾; 张增磊; 周锦山
Original assignee: North University of China
Current assignee: North University of China
Priority date: 2021-03-14
Filing date: 2021-03-14
Publication date: 2021-06-11
Anticipated expiration: 2041-03-14
Also published as: CN112932390B

Abstract

本发明涉及摄像头姿态调整技术，具体是一种适用于狭窄管腔环境的摄像头全姿态调整机构。本发明解决了传统的摄像头姿态调整技术无法实现精准调整、动作执行效率低、无法实现无缆化、控制过程复杂的问题。一种适用于狭窄管腔环境的摄像头全姿态调整机构，包括U形固定架、第I电机固定套、第I步进电机、第I主动齿轮、丝杠、两个第I轴承、第I从动齿轮、四方螺母、两个转动臂、第I永磁体、弧形内齿条、两个第II轴承、U形转动架、第II永磁体、转动座块、两个第II电机固定套、两个第III轴承、两个第II步进电机、第II主动齿轮、轮轴、第II从动齿轮、摄像头。本发明适用于内窥镜或肠道诊查机器人。

Description

一种适用于狭窄管腔环境的摄像头全姿态调整机构

技术领域

本发明涉及摄像头姿态调整技术，具体是一种适用于狭窄管腔环境的摄像头全姿态调整机构。

背景技术

在利用内窥镜或肠道诊查机器人进行肠道诊查时，为了全面获取肠道内部信息，需要对内窥镜或肠道诊查机器人前端的摄像头进行姿态调整。传统的摄像头姿态调整技术主要包括三种：第一种姿态调整技术是利用形状记忆合金来调整摄像头的姿态。此种姿态调整技术一方面无法实现精准调整，另一方面存在动作执行效率低的问题。第二种姿态调整技术是利用拉线或气动装置来调整摄像头的姿态。此种姿态调整技术一方面无法实现无缆化，另一方面存在控制过程复杂的问题。第三种姿态调整技术是利用磁控设备来调整摄像头的姿态。此种姿态调整技术同样存在控制过程复杂的问题。基于此，有必要发明一种适用于狭窄管腔环境的摄像头全姿态调整机构，以解决传统的摄像头姿态调整技术无法实现精准调整、动作执行效率低、无法实现无缆化、控制过程复杂的问题。

发明内容

本发明为了解决传统的摄像头姿态调整技术无法实现精准调整、动作执行效率低、无法实现无缆化、控制过程复杂的问题，提供了一种适用于狭窄管腔环境的摄像头全姿态调整机构。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种适用于狭窄管腔环境的摄像头全姿态调整机构，包括U形固定架、第I电机固定套、第I步进电机、第I主动齿轮、丝杠、两个第I轴承、第I从动齿轮、四方螺母、两个转动臂、第I永磁体、弧形内齿条、两个第II轴承、U形转动架、第II永磁体、转动座块、两个第II电机固定套、两个第III轴承、两个第II步进电机、第II主动齿轮、轮轴、第II从动齿轮、摄像头；

其中，U形固定架的开口朝前，且U形固定架的两个侧边呈左右对称设置；U形固定架的底边内侧面上边缘和底边内侧面下边缘各延伸设置有一个支撑板；两个支撑板上各贯通开设有一个第I支撑孔，且两个第I支撑孔上下正对；U形固定架的两个侧边前端各贯通开设有一个第II支撑孔，且两个第II支撑孔左右正对；第I电机固定套沿竖向固定于U形固定架的底边内侧面右边缘；第I步进电机的机座固定穿设于第I电机固定套内，且第I步进电机的输出轴向上伸出第I电机固定套外；第I主动齿轮固定装配于第I步进电机的输出轴上端；

丝杠的两端分别通过两个第I轴承转动支撑于两个第I支撑孔内，且丝杠的上端面中央延伸设置有传动轴；第I从动齿轮固定装配于传动轴的侧面，且第I从动齿轮与第I主动齿轮啮合；四方螺母旋拧于丝杠的侧面，且四方螺母的后外侧面与U形固定架的底边内侧面滑动接触；四方螺母的左外侧面和右外侧面各延伸设置有一个枢轴；两个转动臂的后端各贯通开设有一个耳孔，且两个转动臂分别通过两个耳孔转动装配于两个枢轴的侧面；第I永磁体固定于两个转动臂的前端之间；

弧形内齿条的外侧面两端各延伸设置有一个支撑轴，且两个支撑轴分别通过两个第II轴承转动支撑于两个第II支撑孔内；U形转动架的开口朝前，且U形转动架的两个侧边呈上下对称设置；U形转动架的两个侧边前端各贯通开设有一个第III支撑孔，且两个第III支撑孔上下正对；U形转动架的底边呈弧形，且U形转动架的底边内侧面中部与弧形内齿条的外侧面中部固定；U形转动架的底边外侧面中部开设有安装凹孔；第II永磁体固定嵌装于安装凹孔内，且第II永磁体的后端面和第I永磁体的前端面互为极性相反的磁极面；

转动座块上贯通开设有齿轮容纳孔，且齿轮容纳孔与两个第III支撑孔同轴设置；齿轮容纳孔的孔壁与转动座块的后侧面之间贯通开设有齿轮容纳通道；齿轮容纳通道的上壁与转动座块的上侧面之间、齿轮容纳通道的下壁与转动座块的下侧面之间各贯通开设有一个装配孔，且两个装配孔上下正对；转动座块的上侧面和下侧面各开设有一对呈左右对称设置的传动凹孔；两个第II电机固定套呈上下对称同轴设置；其中一个第II电机固定套的上端设有端壁、下端设有敞口，另一个第II电机固定套的下端设有端壁、上端设有敞口；两个第II电机固定套的外端壁中央各延伸设置有一个支撑轴，且两个支撑轴分别通过两个第III轴承转动支撑于两个第III支撑孔内；两个第II电机固定套的敞口边沿各延伸设置有一对呈左右对称设置的传动凸柱，且两对传动凸柱一一对应地穿设于两对传动凹孔内；

两个第II步进电机的机座分别固定穿设于两个第II电机固定套内，且两个第II步进电机的输出轴均伸入齿轮容纳孔内；第II主动齿轮位于齿轮容纳孔内，且第II主动齿轮同时固定装配于两个第II步进电机的输出轴上；轮轴的两端分别固定穿设于两个装配孔内；第II从动齿轮位于齿轮容纳通道内，且第II从动齿轮转动装配于轮轴的侧面；第II从动齿轮同时与第II主动齿轮和弧形内齿条啮合；摄像头安装于转动座块的前侧面。

使用时，U形固定架的底边外侧面与内窥镜或肠道诊查机器人的前端固定。具体使用过程包括：一、摄像头的俯仰角调整：第I步进电机通过第I主动齿轮驱动第I从动齿轮进行转动，第I从动齿轮通过传动轴带动丝杠进行转动。随着丝杠的转动，四方螺母沿着U形固定架的底边内侧面进行上下滑动，并通过两个转动臂带动第I永磁体进行上下移动。在此过程中，第I永磁体的前端面和第II永磁体的后端面之间存在相吸作用，由此使得第I永磁体的前端面和第II永磁体的后端面始终保持正对。因此，第I永磁体在向上（向下）移动的同时还会随着两个转动臂向下（向上）转动，由此使得第I永磁体的前端面朝向前下方（前上方）。与此同时，第II永磁体会向上（向下）转动，由此使得第II永磁体的后端面朝向后上方（后下方）。在第II永磁体的带动下，U形转动架进行俯仰转动，并带动弧形内齿条、两个第II电机固定套一起进行俯仰转动。在两个第II电机固定套的共同带动下，转动座块进行俯仰转动，并带动摄像头进行俯仰转动，由此实现摄像头的俯仰角调整（最大调整范围可达60°）。二、摄像头的横摆角调整：两个第II步进电机共同通过第II主动齿轮驱动第II从动齿轮进行转动，由此使得第II从动齿轮沿着弧形内齿条进行左右滚动。此时，第II从动齿轮通过轮轴带动转动座块进行横摆转动，转动座块带动两个第II电机固定套、摄像头一起进行横摆转动，由此实现摄像头的横摆角调整（最大调整范围可达72°）。基于摄像头的俯仰转动、横摆转动，即可对摄像头进行全姿态调整。

基于上述过程，与传统的摄像头姿态调整技术相比，本发明所述的一种适用于狭窄管腔环境的摄像头全姿态调整机构通过采用全新结构，实现了对内窥镜或肠道诊查机器人前端的摄像头进行全姿态调整，由此具备了如下优点：其一，与第一种姿态调整技术相比，本发明一方面能够实现精准调整，另一方面有效提高了动作执行效率。其二，与第二种姿态调整技术相比，本发明一方面能够实现无缆化，另一方面有效简化了控制过程。其三，与第三种姿态调整技术相比，本发明有效简化了控制过程。

本发明结构合理、设计巧妙，有效解决了传统的摄像头姿态调整技术无法实现精准调整、动作执行效率低、无法实现无缆化、控制过程复杂的问题，适用于内窥镜或肠道诊查机器人。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的部分结构示意图一。

图3是图2的部分结构示意图。

图4是图1的部分结构示意图二。

图5是图1的部分结构示意图三。

图6是图5的部分结构示意图。

图7是图5的部分结构爆炸图。

图中：1-U形固定架，2-第I电机固定套，3-第I步进电机，4-第I主动齿轮，5-丝杠，6-第I轴承，7-第I从动齿轮，8-四方螺母，9-转动臂，10-第I永磁体，11-弧形内齿条，12-第II轴承，13-U形转动架，14-第II永磁体，15-转动座块，16-第II电机固定套，17-第III轴承，18-第II步进电机，19-第II主动齿轮，20-轮轴，21-第II从动齿轮，22-摄像头。

具体实施方式

一种适用于狭窄管腔环境的摄像头全姿态调整机构，包括U形固定架1、第I电机固定套2、第I步进电机3、第I主动齿轮4、丝杠5、两个第I轴承6、第I从动齿轮7、四方螺母8、两个转动臂9、第I永磁体10、弧形内齿条11、两个第II轴承12、U形转动架13、第II永磁体14、转动座块15、两个第II电机固定套16、两个第III轴承17、两个第II步进电机18、第II主动齿轮19、轮轴20、第II从动齿轮21、摄像头22；

其中，U形固定架1的开口朝前，且U形固定架1的两个侧边呈左右对称设置；U形固定架1的底边内侧面上边缘和底边内侧面下边缘各延伸设置有一个支撑板；两个支撑板上各贯通开设有一个第I支撑孔，且两个第I支撑孔上下正对；U形固定架1的两个侧边前端各贯通开设有一个第II支撑孔，且两个第II支撑孔左右正对；第I电机固定套2沿竖向固定于U形固定架1的底边内侧面右边缘；第I步进电机3的机座固定穿设于第I电机固定套2内，且第I步进电机3的输出轴向上伸出第I电机固定套2外；第I主动齿轮4固定装配于第I步进电机3的输出轴上端；

丝杠5的两端分别通过两个第I轴承6转动支撑于两个第I支撑孔内，且丝杠5的上端面中央延伸设置有传动轴；第I从动齿轮7固定装配于传动轴的侧面，且第I从动齿轮7与第I主动齿轮4啮合；四方螺母8旋拧于丝杠5的侧面，且四方螺母8的后外侧面与U形固定架1的底边内侧面滑动接触；四方螺母8的左外侧面和右外侧面各延伸设置有一个枢轴；两个转动臂9的后端各贯通开设有一个耳孔，且两个转动臂9分别通过两个耳孔转动装配于两个枢轴的侧面；第I永磁体10固定于两个转动臂9的前端之间；

弧形内齿条11的外侧面两端各延伸设置有一个支撑轴，且两个支撑轴分别通过两个第II轴承12转动支撑于两个第II支撑孔内；U形转动架13的开口朝前，且U形转动架13的两个侧边呈上下对称设置；U形转动架13的两个侧边前端各贯通开设有一个第III支撑孔，且两个第III支撑孔上下正对；U形转动架13的底边呈弧形，且U形转动架13的底边内侧面中部与弧形内齿条11的外侧面中部固定；U形转动架13的底边外侧面中部开设有安装凹孔；第II永磁体14固定嵌装于安装凹孔内，且第II永磁体14的后端面和第I永磁体10的前端面互为极性相反的磁极面；

转动座块15上贯通开设有齿轮容纳孔，且齿轮容纳孔与两个第III支撑孔同轴设置；齿轮容纳孔的孔壁与转动座块15的后侧面之间贯通开设有齿轮容纳通道；齿轮容纳通道的上壁与转动座块15的上侧面之间、齿轮容纳通道的下壁与转动座块15的下侧面之间各贯通开设有一个装配孔，且两个装配孔上下正对；转动座块15的上侧面和下侧面各开设有一对呈左右对称设置的传动凹孔；两个第II电机固定套16呈上下对称同轴设置；其中一个第II电机固定套16的上端设有端壁、下端设有敞口，另一个第II电机固定套16的下端设有端壁、上端设有敞口；两个第II电机固定套16的外端壁中央各延伸设置有一个支撑轴，且两个支撑轴分别通过两个第III轴承17转动支撑于两个第III支撑孔内；两个第II电机固定套16的敞口边沿各延伸设置有一对呈左右对称设置的传动凸柱，且两对传动凸柱一一对应地穿设于两对传动凹孔内；

两个第II步进电机18的机座分别固定穿设于两个第II电机固定套16内，且两个第II步进电机18的输出轴均伸入齿轮容纳孔内；第II主动齿轮19位于齿轮容纳孔内，且第II主动齿轮19同时固定装配于两个第II步进电机18的输出轴上；轮轴20的两端分别固定穿设于两个装配孔内；第II从动齿轮21位于齿轮容纳通道内，且第II从动齿轮21转动装配于轮轴20的侧面；第II从动齿轮21同时与第II主动齿轮19和弧形内齿条11啮合；摄像头22安装于转动座块15的前侧面。

第I步进电机3的输出轴为D形轴；第I主动齿轮4的内孔为D形孔；传动轴为D形轴；第I从动齿轮7的内孔为D形孔；两个第II步进电机18的输出轴均为D形轴；第II主动齿轮19的内孔为D形孔。

第I永磁体10、第II永磁体14均为圆片形永磁体。

两个第I轴承6、两个第II轴承12、两个第III轴承17均为滚珠轴承。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种适用于狭窄管腔环境的摄像头全姿态调整机构，其特征在于：包括U形固定架（1）、第I电机固定套（2）、第I步进电机（3）、第I主动齿轮（4）、丝杠（5）、两个第I轴承（6）、第I从动齿轮（7）、四方螺母（8）、两个转动臂（9）、第I永磁体（10）、弧形内齿条（11）、两个第II轴承（12）、U形转动架（13）、第II永磁体（14）、转动座块（15）、两个第II电机固定套（16）、两个第III轴承（17）、两个第II步进电机（18）、第II主动齿轮（19）、轮轴（20）、第II从动齿轮（21）、摄像头（22）；

其中，U形固定架（1）的开口朝前，且U形固定架（1）的两个侧边呈左右对称设置；U形固定架（1）的底边内侧面上边缘和底边内侧面下边缘各延伸设置有一个支撑板；两个支撑板上各贯通开设有一个第I支撑孔，且两个第I支撑孔上下正对；U形固定架（1）的两个侧边前端各贯通开设有一个第II支撑孔，且两个第II支撑孔左右正对；第I电机固定套（2）沿竖向固定于U形固定架（1）的底边内侧面右边缘；第I步进电机（3）的机座固定穿设于第I电机固定套（2）内，且第I步进电机（3）的输出轴向上伸出第I电机固定套（2）外；第I主动齿轮（4）固定装配于第I步进电机（3）的输出轴上端；

丝杠（5）的两端分别通过两个第I轴承（6）转动支撑于两个第I支撑孔内，且丝杠（5）的上端面中央延伸设置有传动轴；第I从动齿轮（7）固定装配于传动轴的侧面，且第I从动齿轮（7）与第I主动齿轮（4）啮合；四方螺母（8）旋拧于丝杠（5）的侧面，且四方螺母（8）的后外侧面与U形固定架（1）的底边内侧面滑动接触；四方螺母（8）的左外侧面和右外侧面各延伸设置有一个枢轴；两个转动臂（9）的后端各贯通开设有一个耳孔，且两个转动臂（9）分别通过两个耳孔转动装配于两个枢轴的侧面；第I永磁体（10）固定于两个转动臂（9）的前端之间；

弧形内齿条（11）的外侧面两端各延伸设置有一个支撑轴，且两个支撑轴分别通过两个第II轴承（12）转动支撑于两个第II支撑孔内；U形转动架（13）的开口朝前，且U形转动架（13）的两个侧边呈上下对称设置；U形转动架（13）的两个侧边前端各贯通开设有一个第III支撑孔，且两个第III支撑孔上下正对；U形转动架（13）的底边呈弧形，且U形转动架（13）的底边内侧面中部与弧形内齿条（11）的外侧面中部固定；U形转动架（13）的底边外侧面中部开设有安装凹孔；第II永磁体（14）固定嵌装于安装凹孔内，且第II永磁体（14）的后端面和第I永磁体（10）的前端面互为极性相反的磁极面；

转动座块（15）上贯通开设有齿轮容纳孔，且齿轮容纳孔与两个第III支撑孔同轴设置；齿轮容纳孔的孔壁与转动座块（15）的后侧面之间贯通开设有齿轮容纳通道；齿轮容纳通道的上壁与转动座块（15）的上侧面之间、齿轮容纳通道的下壁与转动座块（15）的下侧面之间各贯通开设有一个装配孔，且两个装配孔上下正对；转动座块（15）的上侧面和下侧面各开设有一对呈左右对称设置的传动凹孔；两个第II电机固定套（16）呈上下对称同轴设置；其中一个第II电机固定套（16）的上端设有端壁、下端设有敞口，另一个第II电机固定套（16）的下端设有端壁、上端设有敞口；两个第II电机固定套（16）的外端壁中央各延伸设置有一个支撑轴，且两个支撑轴分别通过两个第III轴承（17）转动支撑于两个第III支撑孔内；两个第II电机固定套（16）的敞口边沿各延伸设置有一对呈左右对称设置的传动凸柱，且两对传动凸柱一一对应地穿设于两对传动凹孔内；

两个第II步进电机（18）的机座分别固定穿设于两个第II电机固定套（16）内，且两个第II步进电机（18）的输出轴均伸入齿轮容纳孔内；第II主动齿轮（19）位于齿轮容纳孔内，且第II主动齿轮（19）同时固定装配于两个第II步进电机（18）的输出轴上；轮轴（20）的两端分别固定穿设于两个装配孔内；第II从动齿轮（21）位于齿轮容纳通道内，且第II从动齿轮（21）转动装配于轮轴（20）的侧面；第II从动齿轮（21）同时与第II主动齿轮（19）和弧形内齿条（11）啮合；摄像头（22）安装于转动座块（15）的前侧面。

2.根据权利要求1所述的一种适用于狭窄管腔环境的摄像头全姿态调整机构，其特征在于：第I步进电机（3）的输出轴为D形轴；第I主动齿轮（4）的内孔为D形孔；传动轴为D形轴；第I从动齿轮（7）的内孔为D形孔；两个第II步进电机（18）的输出轴均为D形轴；第II主动齿轮（19）的内孔为D形孔。

3.根据权利要求1所述的一种适用于狭窄管腔环境的摄像头全姿态调整机构，其特征在于：第I永磁体（10）、第II永磁体（14）均为圆片形永磁体。

4.根据权利要求1所述的一种适用于狭窄管腔环境的摄像头全姿态调整机构，其特征在于：两个第I轴承（6）、两个第II轴承（12）、两个第III轴承（17）均为滚珠轴承。