CN114658967A - 一种二维三自由度相对调平装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种二维三自由度相对调平装置,包括:z‑x平面摆动调整机构,包括基板、摆动伺服推杆和摆动块,该摆动伺服推杆与该摆动块连接;z向移动调整机构,包括z向滑轨、z向滑块、z向伺服推杆、激光测距模块和摄像仪固定盒,该摄像仪固定盒安装在z向滑块上,z向滑块安装在z向滑轨上,该z向伺服推杆与该摄像仪固定盒连接,该激光测距模块安装在该摄像仪固定盒上;以及x向移动调整机构,包括第一、第二固定板、x向滑轨、x向滑块和x向伺服推杆,该第一固定板与该摆动块连接,x向滑轨安装在该第一固定板上,x向滑块安装在x向滑轨上,该第二固定板与x向滑块连接,该z向滑轨安装在该第二固定板上,该x向伺服推杆与该第二固定板连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种位姿调整机构,特别是一种二维三自由度相对调平装置及方法。
背景技术
为实现3D相机能相对与被测表面平行,目前通常采用的是在测量好工作距离和支架相对工作平面的水平度后,将3D相机固定在支架上,并不再移动,这样使得3D相机无法在移动物体上使用,且每次更换工作平面都需要人工重新调平。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的上述缺陷,提供一种二维三自由度相对调平装置及方法。
为了实现上述目的,本发明提供了一种二维三自由度相对调平装置,其中,包括:
z-x平面摆动调整机构,包括基板和安装在所述基板上的摆动伺服推杆和摆动块,所述摆动伺服推杆与所述摆动块连接;
z向移动调整机构,包括z向滑轨、z向滑块、z向伺服推杆、激光测距模块和摄像仪固定盒,所述摄像仪固定盒安装在所述z向滑块上,所述z向滑块安装在所述z向滑轨上并沿所述z向滑轨移动,所述z向伺服推杆与所述摄像仪固定盒连接,所述激光测距模块安装在所述摄像仪固定盒上;以及
x向移动调整机构,包括第一固定板、第二固定板、x向滑轨、x向滑块和x向伺服推杆,所述第一固定板与所述摆动块连接,所述x向滑轨安装在所述第一固定板上,所述x向滑块安装在所述x向滑轨上并沿所述x向滑轨移动,所述第二固定板与所述x向滑块连接,所述z向滑轨安装在所述第二固定板上,所述x向伺服推杆与所述第二固定板连接。
上述的二维三自由度相对调平装置,其中,所述摆动块的上方和下方分别通过缓冲结构与所述第一固定板连接,且使所述第一固定板平行于所述摆动块。
上述的二维三自由度相对调平装置,其中,所述摆动块的右端与固定在所述基板上的旋转轴铰接,所述摆动块的左端与所述摆动伺服推杆的推杆连接,所述摆动伺服推杆安装在所述基板上并与z轴平行,通过所述摆动伺服推杆的推杆控制所述摆动块在z-x平面中摆动。
上述的二维三自由度相对调平装置,其中,所述摆动块的左端通过固定式铰链与所述摆动伺服推杆的推杆连接,所述固定式铰链包括连接部和铰接杆,所述连接部的上部与所述摆动块固定连接,所述连接部的下部设置有铰接孔,所述铰接杆穿过所述铰接孔与所述摆动伺服推杆的推杆上端连接,所述铰接孔的半径大于所述铰接杆的半径,所述铰接杆在所述铰接孔中具有上下移动的间隙。
上述的二维三自由度相对调平装置,其中,所述x向滑轨为沿x轴平行设置且对称固定在所述第一固定板上的一对滑轨,所述x向伺服推杆固定在所述第一固定板上,所述x向伺服推杆的推杆通过固定式铰链与所述第二固定板连接,并控制所述第二固定板在x向上移动。
上述的二维三自由度相对调平装置,其中,所述x向伺服推杆固定在所述第一固定板的前面板中间位置,并与x轴平行。
上述的二维三自由度相对调平装置,其中,所述z向滑轨为沿z轴平行设置且对称固定在所述第二固定板上的一对滑轨,所述z向伺服推杆固定在所述第二固定板上,所述z向伺服推杆的推杆通过固定式铰链与所述摄像仪固定盒连接,并控制所述摄像仪固定盒在z向上移动。
上述的二维三自由度相对调平装置,其中,所述摄像仪固定盒的两侧靠底部中间位置分别固定有所述激光测距模块。
上述的二维三自由度相对调平装置,其中,所述激光测距模块的工作向向下,分别测量所述摄像仪固定盒的两端与下方平面/曲面的距离。
上述的二维三自由度相对调平装置,其中,所述摄像仪固定盒为中空的立方体盒,摄像仪的采集部分固定在所述立方体盒内,且所述摄像仪的摄像头垂直朝下。
为了更好地实现上述目的,本发明还提供了一种二维三自由度相对调平方法,包括如下步骤:
S100、控制x向移动调整机构的x向伺服推杆运动,推动所述x向移动调整机构移动至最右侧;
S200、完成移动后,双激光测距模块对工作平面进行测距,根据测得的距离信息,控制z向移动调整机构的z向伺服推杆工作,推动摄像仪固定盒下降至摄像仪的工作距离范围内;以及
S300、双激光测距模块再次对工作平面进行测距,根据不同的测距结果控制z-x平面摆动调整机构完成调平。
本发明的技术效果在于:
本发明的二维三自由度相对调平装置用于3D相机相对于工作平面的调平,且可以将3D相机放置在移动机器人、机械臂等可移动机构上使用。能实现3D相机在空间中进行二维三自由度的移动,包括x向、z向平移和在z-x平面中进行小幅度摆动。实现了对曲面进行调平,结构简单,且具有一定的可扩展性,位姿运动调整精度高,安装和维护方便。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述,但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为本发明一实施例的结构示意图;
图2为本发明一实施例的z向移动调整机构结构示意图;
图3为本发明一实施例的x向移动调整机构结构示意图;
图4为本发明一实施例的z-x平面摆动调整机构结构示意图;
图5为本发明一实施例的z-x平面摆动调整机构和x向移动调整机构之间的高度差示意图。
其中,附图标记
1z向移动调整机构
11摄像仪固定盒
12激光测距模块
13z向伺服推杆
14z向滑轨
15z向滑块
2x向移动调整机构
21第一固定板
22x向滑块
23x向滑轨
24x向伺服推杆
25第二固定板
3z-x平面摆动调整机构
31摆动块
32摆动伺服推杆
33基板
34旋转轴
35固定式铰链
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述:
参见图1,图1为本发明一实施例的结构示意图。本发明的二维三自由度相对调平装置,包括:z-x平面摆动调整机构3,包括基板33和安装在所述基板33上的摆动伺服推杆32和摆动块31,所述摆动伺服推杆32与所述摆动块31连接;z向移动调整机构1,包括z向滑轨14、z向滑块15、z向伺服推杆13、激光测距模块12和摄像仪固定盒11,所述摄像仪固定盒11安装在所述z向滑块15上,所述z向滑块15安装在所述z向滑轨14上并沿所述z向滑轨14移动,所述z向伺服推杆13与所述摄像仪固定盒11连接,所述激光测距模块12安装在所述摄像仪固定盒11上;以及x向移动调整机构2,包括第一固定板21、第二固定板25、x向滑轨23、x向滑块22和x向伺服推杆24,所述第一固定板21与所述摆动块31连接,其中,所述摆动块31的上方和下方分别通过缓冲结构与所述第一固定板21连接,且使所述第一固定板21平行于所述摆动块31;所述x向滑轨23安装在所述第一固定板21上,所述x向滑块22安装在所述x向滑轨23上并沿所述x向滑轨23移动,所述第二固定板25与所述x向滑块22连接,所述z向滑轨14安装在所述第二固定板25上,所述x向伺服推杆24与所述第二固定板25连接。
参见图2,图2为本发明一实施例的z向移动调整机构1结构示意图。本实施例的所述z向滑轨14为沿z轴平行设置且对称固定在所述第二固定板25上的一对滑轨,所述z向伺服推杆13固定在所述第二固定板25上,所述z向伺服推杆13的推杆通过固定式铰链与所述摄像仪固定盒11连接,并通过伺服电机驱动推杆移动,控制所述摄像仪固定盒11在z向上移动。其中,所述摄像仪固定盒11的两侧靠底部中间位置分别固定有所述激光测距模块12。所述激光测距模块12的工作向向下,分别测量所述摄像仪固定盒11的两端与下方平面/曲面的两个位置的距离。所述摄像仪固定盒11为中空的立方体盒,其体积恰好可以让摄像仪(如3D相机)的采集部分(或一体式3D相机)固定在所述立方体盒内,且所述摄像仪的摄像头垂直朝下。即3D相机在其中固定时,拍摄向垂直朝下。
参见图3,图3为本发明一实施例的x向移动调整机构2结构示意图。本实施例中,所述x向滑轨23为沿x轴平行设置且对称固定在所述第一固定板21上的一对滑轨,所述x向伺服推杆24固定在所述第一固定板21上,所述x向伺服推杆24的推杆通过固定式铰链与所述第二固定板25连接,并通过伺服电机驱动推杆移动,控制所述第二固定板25在x向上移动。所述x向伺服推杆24固定在所述第一固定板21的前面板中间位置,并与x轴平行。
参见图4,图4为本发明一实施例的z-x平面摆动调整机构3结构示意图。本实施例中,所述摆动块31的右端与固定在所述基板33上的旋转轴34铰接,所述摆动块31的左端与所述摆动伺服推杆32的推杆连接,所述摆动伺服推杆32安装在所述基板33上并与z轴平行,通过所述摆动伺服推杆32的推杆控制所述摆动块31在z-x平面中摆动,即摆动伺服推杆32固定在基板33上,通过伺服电机驱动推杆移动,实现摆动块31在z-x平面中摆动。其中,所述摆动块31的左下端通过固定式铰链35与所述摆动伺服推杆32的推杆连接,所述固定式铰链35包括连接部和铰接杆,所述连接部的上部与所述摆动块31固定连接,所述连接部的下部设置有铰接孔,所述铰接杆穿过所述铰接孔与所述摆动伺服推杆32的推杆上端连接,所述铰接孔的半径大于所述铰接杆的半径,所述铰接杆在所述铰接孔中具有上下移动的间隙。其中,参见图5,图5为本发明一实施例的z-x平面摆动调整机构和x向移动调整机构之间的高度差示意图,如图所示,摆动伺服推杆32的高度A1小于第一固定板21与基板33的之间的距离A2,用来保证第一固定板21在摆动时不会与摆动伺服推杆32发生碰撞。
具体说,摆动块31的右端通过右端通孔穿过固定在基板33上的旋转轴34固定在基板33上,摆动块31的左端通过固定式铰链35与摆动伺服推杆32连接,摆动伺服推杆32同样固定在基板33上,通过伺服电机驱动推杆移动,实现摆动块31在z-x平面中摆动。摆动块31的上方和下方通过缓冲结构,使用螺丝与第一固定板21相固定,保证第一固定板21稳定平行于摆动块31。摆动伺服推杆32固定在基板33的前面板左侧位置,并与z轴平行。其与摆动块31连接处的固定式铰链35,铰接孔的半径大于推杆上端的通孔的半径,铰接杆半径与推杆上端的通孔半径一致,铰接杆的长度等于两个铰接孔之间的距离,铰接杆插入推杆的通孔中,与推杆相连接。由于铰接杆的半径小于铰接孔的半径,因此铰接杆在铰接孔中具有一定的上下运动的距离间隙。通过推杆的运动,推动摆动块31绕右端的旋转轴34旋转,其左右两侧形成一定的高度差,调整摄像仪固定盒11相对于工作表面的夹角角度。
本发明二维三自由度相对调平方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤S100、控制x向移动调整机构2的x向伺服推杆24运动,推动机构移动至最右侧;
步骤S200、完成移动后,双激光测距模块12对工作平面进行测距,测距后,根据测得的距离信息,控制z向移动调整机构1的z向伺服推杆13工作,推动摄像仪固定盒11,连带摄像仪如3D相机一起下降至3D相机的工作距离范围内的高度;
步骤S300、双激光测距模块12再次对工作平面进行测距,根据不同的测距结果进行对应的操作:
步骤S301、当两激光测距模块12测得的距离之间的差小于z-x平面摆动调整机构3的最大可调高度差时,控制z-x平面摆动调整机构3的摆动伺服推杆32运动,若左高右低,则推杆沿z轴向下移动,使得左右两侧的高度差减小;若左低右高,则推杆沿z轴向上移动,使得左右两侧的高度差减小;
步骤S302、当两激光测距模块12测得的距离之间的差大于z-x平面摆动调整机构3的最大可调高度差时,控制x向移动调整机构2的x向伺服推杆24运动,推动x向移动调整机构2向左移动一小段距离;
步骤S303、完成移动后双激光测距模块12对工作平面重新进行测距,测距后,根据测得的距离信息进行调整:若两激光测距模块12测得的距离之间的差小于z-x平面摆动调整机构3的最大可调高度差,则控制z-x平面摆动调整机构3完成调平;
步骤S304、若两激光测距模块12测得的距离之间的差大于z-x平面摆动调整机构3的最大可调高度差,则重复以上步骤S302-步骤S303,直到两激光测距模块12测得的距离之间的差小于z-x平面摆动调整机构3的最大可调高度差,控制z-x平面摆动调整机构3完成调平。
本发明基于二维位姿调整调平,通过x向、z向两个伺服推杆,实现在一平面上的二维移动;通过第三个摆动伺服推杆32和摆动块31结合,实现在该平面上的小幅度旋转;通过设置在两侧的两个激光传感器接收到的数据,基于设定的调平规则,实现机构的相对调平。具有位姿调整精度高,结构简单,调整方便,安全可靠,便于维护的优点。
当然,本发明还可有其它多种实施例,在不背离本发明精神及其实质的情况下,熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形,但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种二维三自由度相对调平装置,其特征在于,包括:
z-x平面摆动调整机构,包括基板和安装在所述基板上的摆动伺服推杆和摆动块,所述摆动伺服推杆与所述摆动块连接;
z向移动调整机构,包括z向滑轨、z向滑块、z向伺服推杆、激光测距模块和摄像仪固定盒,所述摄像仪固定盒安装在所述z向滑块上,所述z向滑块安装在所述z向滑轨上并沿所述z向滑轨移动,所述z向伺服推杆与所述摄像仪固定盒连接,所述激光测距模块安装在所述摄像仪固定盒上;以及
x向移动调整机构,包括第一固定板、第二固定板、x向滑轨、x向滑块和x向伺服推杆,所述第一固定板与所述摆动块连接,所述x向滑轨安装在所述第一固定板上,所述x向滑块安装在所述x向滑轨上并沿所述x向滑轨移动,所述第二固定板与所述x向滑块连接,所述z向滑轨安装在所述第二固定板上,所述x向伺服推杆与所述第二固定板连接。
2.根据权利要求1所述的二维三自由度相对调平装置,其特征在于,所述摆动块的上方和下方分别通过缓冲结构与所述第一固定板连接,且使所述第一固定板平行于所述摆动块。
3.根据权利要求1或2所述的二维三自由度相对调平装置,其特征在于,所述摆动块的右端与固定在所述基板上的旋转轴铰接,所述摆动块的左端与所述摆动伺服推杆的推杆连接,所述摆动伺服推杆安装在所述基板上并与z轴平行,通过所述摆动伺服推杆的推杆控制所述摆动块在z-x平面中摆动。
4.根据权利要求3所述的二维三自由度相对调平装置,其特征在于,所述摆动块的左端通过固定式铰链与所述摆动伺服推杆的推杆连接,所述固定式铰链包括连接部和铰接杆,所述连接部的上部与所述摆动块固定连接,所述连接部的下部设置有铰接孔,所述铰接杆穿过所述铰接孔与所述摆动伺服推杆的推杆上端连接,所述铰接孔的半径大于所述铰接杆的半径,所述铰接杆在所述铰接孔中具有上下移动的间隙。
5.根据权利要求1或2所述的二维三自由度相对调平装置,其特征在于,所述x向滑轨为沿x轴平行设置且对称固定在所述第一固定板上的一对滑轨,所述x向伺服推杆固定在所述第一固定板上,所述x向伺服推杆的推杆通过固定式铰链与所述第二固定板连接,并控制所述第二固定板在x向上移动。
6.根据权利要求1或2所述的二维三自由度相对调平装置,其特征在于,所述z向滑轨为沿z轴平行设置且对称固定在所述第二固定板上的一对滑轨,所述z向伺服推杆固定在所述第二固定板上,所述z向伺服推杆的推杆通过固定式铰链与所述摄像仪固定盒连接,并控制所述摄像仪固定盒在z向上移动。
7.根据权利要求6所述的二维三自由度相对调平装置,其特征在于,所述摄像仪固定盒的两侧靠底部中间位置分别固定有所述激光测距模块。
8.根据权利要求7所述的二维三自由度相对调平装置,其特征在于,所述激光测距模块的工作向向下,分别测量所述摄像仪固定盒的两端与下方平面/曲面的距离。
9.根据权利要求7所述的二维三自由度相对调平装置,其特征在于,所述摄像仪固定盒为中空的立方体盒,摄像仪的采集部分固定在所述立方体盒内,且所述摄像仪的摄像头垂直朝下。
10.一种二维三自由度相对调平方法,其特征在于,包括如下步骤:
S100、控制x向移动调整机构的x向伺服推杆运动,推动所述x向移动调整机构移动至最右侧;
S200、完成移动后,双激光测距模块对工作平面进行测距,根据测得的距离信息,控制z向移动调整机构的z向伺服推杆工作,推动摄像仪固定盒下降至摄像仪的工作距离范围内;以及
S300、双激光测距模块再次对工作平面进行测距,根据不同的测距结果控制z-x平面摆动调整机构完成调平。
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