CN203887863U - 一种仿生眼球 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开的一种仿生眼球，包括拍摄设备、转动机构、多自由度超声电机、前座、后座以及外壳。所述转动机构安装在前座上，拍摄设备安装在转动杆的一端，转动机构的另一端与多自由度超声电机的驱动足预紧接触，多自由度超声电机通过其支撑板与滑动导轨联接在一起，滑动导轨通过其上的轴肩定位压在压板上，滑动导轨穿过压板、弹簧与后座滑配联接，外壳分别与前、后座联接在一起。多自由度超声电机直接驱动转动机构使拍摄设备分别绕X轴、Y轴及Z轴转动，达到模拟人眼转动目的。该仿生眼球机构简单、体积小、具有自锁功能，还能克服电磁干扰。该装置以微型嵌入装置来模拟人眼的跟踪定位功能，推动机器人技术朝着更加微型化、智能化的方向发展。
Description
技术领域
本实用新型属于机器人视觉及仿生技术领域，特别是一种仿生眼球。
背景技术
人眼具有许多特殊的功能，如双眼只能注视和跟踪同一目标，能补偿因头部运动引起的视线偏离，能快速切换视线所注视的目标，以更好地跟踪运动中的物体。给机器人配备智能双眼，使其像人类一样感知和获取环境信息、快速准确地切换注视点和跟踪目标，是人们梦寐以求的愿望，因此，视觉仿生研究日益受到重视，成为前沿交叉学科的研究热点。现有技术中，大多采用的是基于电磁电机而搭建的机械拓扑结构驱动仿生眼球实现两个自由度方向的旋转运动，但电磁电机本身无自锁功能，还需要额外加一定位自锁装置，力矩/质量比小（比同等超声电机小3~5倍），且电磁电机存在电磁干扰的缺陷，当需要在高精尖方面驱动微小型眼球装置时，动力执行机构体积、质量不可避免的显得过于庞大。
实用新型内容
本实用新型为了弥补上述的不足，提出了一种机构简单、体积小、具有自锁功能的仿生眼球，该装置还能克服电磁干扰。通过单个超声电机分别眼球沿X轴、Y轴或Z轴转动，维持拍摄设备对视觉目标的跟踪定位功能。
本实用新型公开的一种仿生眼球包括拍摄设备、转动机构、多自由度超声电机、前座、后座以及外壳；所述转动机构安装在前座上，拍摄设备安装在转动杆的一端，转动机构的另一端与多自由度超声电机的驱动足预紧接触，多自由度超声电机通过其自身支撑板与滑动导轨联接在一起，滑动导轨通过其上的轴肩定位压在压板上，滑动导轨穿过压板、弹簧与后座滑配联接，弹簧一端顶紧后座，另一顶紧压板，外壳一端与前座联接，另一端与后座联接在一起。
作为上述技术方案的进一步改进，所述转动机构包括关节轴承和转动杆，拍摄设备安装在转动机构的一尾端，转动杆的杆身与关节轴承相配合，关节轴承的外圈与前座的内孔相配合，多自由度超声电机的驱动足与转动杆另一尾端的内凹面预紧接触。多自由度超声电机的驱动足通过滑动导轨与弹簧可以始终保持与转动杆的尾端内凹面沿Z轴方向动态预紧接触，达到摩擦驱动作用。
作为上述技术方案的更进一步改进，所述多自由度超声电机为单振子型结构，还包括锥型头、叠层压电陶瓷、下配重和预紧螺栓，锥型头、叠层压电陶瓷和下配重通过预紧螺栓施加预紧力联接在一起；所述驱动足为锥型头上的功能部件，叠层压电陶瓷为四分区沿厚度方向同向极化形式。当给多自由度超声电机的叠层压电陶瓷施加合适的激励信号时，可分别驱动转动杆，进而带动拍摄设备绕X轴、Y轴及Z轴作旋转运动。
作为上述技术方案的再进一步改进，所述拍摄设备为成像传感器。
本实用新型的有益效果是：转动杆上联接有成像设备，并采用结构体积比很小的单振子多自由度超声电机为执行件。多自由度超声电机是依靠压电元器件作动,自身不会对眼球产生电磁干扰，且超声电机工作原理是依靠定转子之间摩擦驱动转动，定转子之间有一定的预紧力，因此在不通电的情况下也可锁定成像传感器，从而起到自稳作用。多自由度超声电机自身具有结构简单，系统集成度高，多维驱动输出优点，不需要减速机构，可以直接驱动眼球。多自由超声电机可设计性强，易于小型化，可根据驱动眼球装置具体要求完成一体化微型设计，以更小的体积完成精密的运动输出。以微型嵌入装置来模拟人眼的跟踪定位功能，推动机器人技术朝着更加微型化、智能化的方向发展。
附图说明
图1是仿生眼球半剖轴测图；
图2是仿生眼球半剖立体图；
图3是仿生眼球整体封装图；
图4是多自由度超声电机驱动原理示意图；
图5是叠层压电陶瓷四分区结构示意图。
附图标记如下：1、拍摄设备；2、关节轴承；3、多自由度超声电机；4、滑动导轨；5、压板；6、后座；7、弹簧；8、支撑板；9、螺栓；10、外壳；11、前座；12、转动杆；13、驱动足；14、锥型头；15、叠层压电陶瓷；16、下配重；17、预紧螺栓。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型提出的一种仿生眼球进行详细说明。
如图1-5所示，本实用新型的仿生眼球包括拍摄设备1、转动机构、多自由度超声电机3、前座11、后座6以及外壳10。所述转动机构包括关节轴承2和转动杆12，拍摄设备1安装在转动杆12的一尾端，转动杆12的杆身与关节轴承2相配合，关节轴承2的外圈与前座11的内孔相配合，以实现关节轴承2的支撑定位。多自由度超声电机3的驱动足13与转动杆12另一尾端的内凹面预紧接触。多自由度超声电机3通过其自身支撑板8和螺栓9与滑动导轨4联接在一起，滑动导轨4通过其上的轴肩定位压在压板5上，滑动导轨4穿过压板5、弹簧7与后座6滑配联接，弹簧7一端顶紧后座6，另一顶紧压板5，动态调节驱动足13沿Z轴向与转动杆12一端内凹面预紧力，以电机摩擦驱动驱动功能。外壳10通过螺栓分别与前座11及后座6联接在一起。
所述多自由度超声电机3为单振子型结构，还包括锥型头14、叠层压电陶瓷15、下配重16和预紧螺栓17；所述驱动足13为锥型头14上的功能部件，叠层压电陶瓷15为四分区沿厚度方向同向极化形式。
本实用新型的仿生眼球的操作方法为：当给多自由度超声电机3施加合适的正余弦激励信号时，可使驱动足13形成沿Y-Z平面、X-Z平面或绕Z轴的椭圆运动轨迹，驱动镶嵌入关节轴承2中的转动杆12，进而带动拍摄设备1绕X轴、Y轴或Z轴作旋转运动。具体为将多自由度超声电机3的叠层压电陶瓷15各分区分别以A、B、C、D作标记，当对A、B与C、D分别加sinωt、sinωt、cosωt、cosωt正弦信号激励时，使驱动足13产生沿XZ平面逆时针方向椭圆运动轨迹，进而驱动转动杆12绕Y轴逆时针旋转，最终带动拍摄设备1绕Y轴逆时针旋转；切换A、B及C、D所加正弦信号相位差，使驱动足13产生沿XZ平面顺时针方向椭圆运动轨迹，可驱动转动杆12绕Y轴顺时针旋转，最终带动拍摄设备1绕Y轴顺时针旋转。同理，当对A、D及B、C分别加sinωt、sinωt、cosωt、cosωt正弦信号激励时，使驱动足13产生沿YZ平面逆时针方向椭圆运动轨迹，进而驱动转动杆12绕X轴逆时针旋转，最终带动拍摄设备1绕X轴逆时针旋转；切换A、D及B、C所加正弦信号相位差，使驱动足13产生沿YZ平面顺时针方向椭圆运动轨迹，可驱动转动杆12绕X轴顺时针旋转，最终带动拍摄设备1绕X轴顺时针旋转。当对A、C、D、B分别加sinωt、cosωt、-sinωt、-cosωt正弦信号激励时，使驱动足13产生沿Z轴的逆时针方向椭圆运动轨迹，进而驱动转动杆12绕Z轴顺时针旋转，最终带动拍摄设备1绕Z轴顺时针旋转；当对A、B、D、C分别加sinωt、cosωt、-sinωt、-cosωt正弦信号激励时，使驱动足13产生沿Z轴的顺时针方向椭圆运动轨迹，进而驱动转动杆12绕Z轴逆时针旋转，最终带动拍摄设备1绕Z轴逆时针旋转。
本实用新型具体应用途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (4)
1.一种仿生眼球，其特征在于：包括拍摄设备（1）、转动机构、多自由度超声电机（3）、前座（11）、后座（6）以及外壳（10）；所述转动机构安装在前座（11）上，拍摄设备（1）安装在转动机构的一端，转动机构的另一端与多自由度超声电机（3）的驱动足（13）预紧接触，多自由度超声电机（3）通过其自身支撑板（8）与滑动导轨（4）联接在一起，滑动导轨（4）通过其上的轴肩定位压在压板（5）上，滑动导轨（4）穿过压板（5）、弹簧（7）与后座（6）滑配联接，弹簧（7）一端顶紧后座（6），另一顶紧压板（5），外壳（10）一端与前座（11）联接，另一端与后座（6）联接在一起。
2.根据权利要求1所述的仿生眼球，其特征在于：所述转动机构包括关节轴承（2）和转动杆（12），拍摄设备（1）安装在转动杆（12）的一尾端，转动杆（12）的杆身与关节轴承（2）相配合，关节轴承（2）的外圈与前座（11）的内孔相配合，多自由度超声电机（3）的驱动足（13）与转动杆（12）另一尾端的内凹面预紧接触。
3.根据权利要求2所述的仿生眼球，其特征在于：所述多自由度超声电机（3）为单振子型结构，还包括锥型头（14）、叠层压电陶瓷（15）、下配重（16）和预紧螺栓（17），锥型头（14）、叠层压电陶瓷（15）和下配重（16）通过预紧螺栓（17）施加预紧力联接在一起；所述驱动足（13）为锥型头（14）上的功能部件，叠层压电陶瓷（15）为四分区沿厚度方向同向极化形式。
4.根据权利要求3所述的仿生眼球，其特征在于：所述拍摄设备（1）为成像传感器。
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