CN203973535U - 三自由度视觉检测平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种三自由度视觉检测平台。它包括底座和摄像机支架，所述底座上连接一个中间外壳，底座内部安装一个第一旋转电机、一个第二俯仰电机和一个第三旋转电机；所述第一旋转电机通过一个第一传动机构与支撑外壳连接，第二俯仰电机通过一个第二传动机构连接一个俯仰外壳，第三旋转电机通过一个第三传动机构连接一个安装在俯仰外壳上的外接法兰，在外接法兰上固定安装摄像机支架。与将摄像机安装在常用的四、五和六自由度工业机器人末端相比，本实用新型成本更低；视觉检测平台具有三个自由度，与可以实现三个自由度的航拍机架相比，本实用新型具有更高的稳定性。

Description

三自由度视觉检测平台

技术领域

本实用新型涉及视觉检测平台领域，特别是一种工业环境下的三自由度视觉检测平台。

背景技术

日常的二自由度视觉检测范围为半球空间，但是在检测过程中，随着摄像机的转动，所采集图像中的特征对于人眼或显示器来看，会出现倾斜或画面倒立的情况。对于检测精度要求不需要十分精确的工业环境应用中，一般的能拍摄正向图像的多自由度工业机器人成本比较高。目前已经研究出来的航拍机架虽然能实现三个自由度，但在正常悬挂的情况下，其最后一个自由度无法保证摄像机沿着其光轴转动，并且航拍机架多是框架式的，运动稳定性相对较差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种三自由度视觉检测平台，能保证摄像机在转动范围内的任何位置采集到正向的图像，同时在能满足检测要求的情况下，经济成本更低，机械结构简单，便于加工和装配，稳定性更好。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种三自由度视觉检测平台，包括底座和摄像机支架，所述底座连接中间外壳，底座上安装一个第一旋转电机、一个第二俯仰电机和一个第三旋转电机；所述第一旋转电机通过一个第一传动机构与支撑外壳连接，第二俯仰电机通过一个第二传动机构连接一个俯仰外壳，第三旋转电机通过一个第三传动机构连接一个安装在俯仰外壳上的外接法兰，所述支撑外壳通过两个外壳盖活动连接一个俯仰外壳，俯仰外壳通过一个端盖转动连接外接法兰，在外接法兰上固定安装摄像机支架。

所述第一传动结构包含一对齿轮啮合和一个RV减速器，与第一旋转电机连接，控制平台的水平旋转；

所述第二传动结构为四级齿轮传动，前三级齿轮都是直齿轮，第四级齿轮采用曲线齿轮，与第二俯仰电机连接，控制摄像机的俯仰运动；

所述第三传动结构为五级齿轮传动，前三级齿轮都是直齿轮，第四级齿轮采用曲线齿轮，第五级齿轮采用锥齿轮，与第三旋转电机连接，控制摄像机沿光轴的旋转运动；

所述第一传动机构包括一个小齿轮和一个大齿轮，所述小齿轮安装在第一旋转电机的输出轴上，运动由第一旋转电机输入，小齿轮输出；一个小齿轮和一个大齿轮啮合，运动由小齿轮输入，大齿轮输出；RV减速器输入端和大齿轮通过螺栓连接，运动由大齿轮输入，RV减速器输出；RV减速器输出端和支撑外壳通过螺栓连接，水平旋转运动由RV减速器输入，支撑外壳输出。

所述第二传动机构包含一个固定安装在第二俯仰电机输出轴上的第二俯仰电机，运动由第二俯仰电机输入，一级俯仰小齿轮输出；一级俯仰小齿轮和一级俯仰大齿轮啮合，运动由一级俯仰小齿轮输入，一级俯仰大齿轮输出；一级俯仰大齿轮通过键和主传动轴外轴连接，运动由一级俯仰大齿轮输入，主传动轴外轴输出；主传动轴外轴通过键与二级俯仰小齿轮连接，运动由主传动轴外轴输入，二级俯仰小齿轮输出；俯仰中间齿轮分别和二级俯仰小齿轮、三级俯仰大齿轮啮合，运动从二级俯仰小齿轮传递到俯仰中间齿轮再传递到三级俯仰大齿轮；俯仰双曲面传动轴和三级俯仰大齿轮通过挡圈固定，运动由三级俯仰大齿轮输入，俯仰双曲面传动轴输出；俯仰双曲面传动轴上的锥齿轮和四级俯仰曲线齿轮啮合，俯仰双曲面传动轴锥齿轮的水平旋转转变为四级俯仰曲线齿轮的竖直旋转；四级俯仰曲线齿轮、俯仰转动轴和俯仰外壳通过销连接，俯仰运动由四级俯仰曲线齿轮传递到俯仰转动轴再传递到俯仰外壳。

所述第三传动机构包含一个固定安装在第三旋转电机输出轴上的第三旋转电机，运动由第三旋转电机输入，一级旋转小齿轮输出；一级旋转小齿轮和一级旋转大齿轮啮合，运动由一级旋转小齿轮输入，一级旋转大齿轮输出；一级旋转大齿轮通过键和主传动轴内轴连接，运动由一级旋转大齿轮输入，主传动轴内轴输出；主传动轴内轴通过键和二级旋转小齿轮连接，运动由主传动轴内轴输入，二级旋转小齿轮输出；旋转中间齿轮分别和二级旋转小齿轮、三级旋转大齿轮啮合，运动从二级旋转小齿轮传递到旋转中间齿轮再传递到三级旋转大齿轮；旋转双曲面传动轴和三级旋转大齿轮通过挡圈固定，运动由三级旋转大齿轮输入，旋转双曲面传动轴输出；旋转双曲面传动轴上的锥齿轮和四级旋转曲线齿轮啮合，旋转双曲面传动轴锥齿轮的水平旋转转变为四级旋转曲线齿轮的竖直旋转；横向传动轴通过键和四级旋转曲线齿轮连接，运动由四级旋转曲线齿轮输入，横向传动轴输出；横向传动轴上的锥齿轮和五级旋转大锥齿轮啮合，横向传动轴上锥齿轮的竖直运动转变为五级旋转大锥齿轮的水平旋转运动；五级旋转大锥齿轮的轴通过键和外接法兰连接，外接法兰和摄像机支架通过螺栓连接，水平旋转运动由五级旋转大锥齿轮传递到外接法兰，最终传递到摄像机支架。

第一传动机构的大齿轮靠主传动轴外轴上的轴肩进行轴向定位，大齿轮和RV减速器之间有6根螺栓连接。

第二传动机构的一级俯仰小齿轮靠螺钉和第二俯仰电机连接，一级俯仰大齿轮靠轴承和键进行轴向定位，一级俯仰小齿轮靠轴承和主传动轴外轴上的轴肩进行轴向定位，二级俯仰小齿轮靠键、一个轴套和主传动轴外轴上的轴肩进行轴向定位，俯仰中间齿轮通过主传动轴外轴上的轴肩、轴承、一个螺钉和一个垫片轴向固定在支撑外壳上，三级俯仰大齿轮通过挡圈轴向定位在俯仰双曲面传动轴上，俯仰双曲面传动轴通过轴承和一个挡圈轴向固定在支撑外壳和外壳盖上，四级俯仰曲线齿轮、俯仰外壳和俯仰转动轴通过8根销连接，四级俯仰曲线齿轮靠轴承和俯仰外壳轴向定位，俯仰转动轴通过俯仰外壳轴向定位。

第三传动机构的一级旋转小齿轮通过螺钉连接第三旋转电机，一级旋转大齿轮依靠一个轴套和键轴向定位，二级旋转小齿轮通过键和轴套进行轴向定位，旋转中间齿轮通过轴承、一个螺钉和一个挡圈固定在支撑外壳上，旋转三级大齿轮通过一个挡圈轴向定位，旋转双曲面传动轴通过轴承和一个挡圈固定在支撑外壳和外壳盖上，中间外壳和支撑外壳两侧各通过12个螺栓和4根销连接，横向传动轴左右两侧通过轴承和支撑外壳连接，旋转四级圆锥齿轮通过销、一个挡圈和轴承进行轴向定位，旋转五级大锥齿轮上下分别通过挡圈和轴承轴向定位在支撑外壳上，端盖通过8根销与俯仰外壳连接，外接法兰通过键轴向定位在旋转五级大锥齿轮轴上，外接法兰通过6根螺栓和摄像机支架连接。

本实用新型与现有技术相比较，具有如下实质性特点和技术进步：（1）对于检测精度要求不需要十分精确的工业环境应用，相对常用的六自由度工业机器人、四或五自由度工业机器人，成本更低；（2）本实用新型的摄像头具有三个自由度，填补了工业环境下视觉检测机械结构在三自由度方面的空白；（3）相对一些可以实现三个自由度的三维全景平台以及航拍机架，本实用新型具有更高的稳定性。

附图说明

图1为本实用新型视觉平台的立体图；

图2为本实用新型视觉平台的左视图；

图3为本实用新型视觉平台的俯视图；

图4为本实用新型视觉平台的主剖视图；

图5为本实用新型视觉平台的左视剖视图；

图6为本实用新型视觉平台的电机布置图；

图7为本实用新型视觉平台的第一传动机构剖视图；

图8为本实用新型视觉平台的第二传动机构传动图；

图9为本实用新型视觉平台的第三传动机构传动图。

具体实施方式

为了进一步说明本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型的优选实施例和工作原理进行详细描述。

实施例一：

参见图1、图9，本三自由度视觉检测平台包括底座（1）和摄像机支架（14）。所述底座（1）上端连接中间外壳（2），底座（1）内腔中隔板上安装一个第一旋转电机（6）、一个第二俯仰电机（7）和一个第三旋转电机（8）；所述第一旋转电机（6）通过安装在中间外壳（2）上的第一传动机构（3）与支撑外壳（9）传动连接，第二俯仰电机（7）通过一个第二传动机构（4）连接一个俯仰外壳（11），第三旋转电机（8）通过一个第三传动机构（5）连接一个安装在俯仰外壳（11）上的外接法兰（13），所述支撑外壳（9）通过两个外壳盖（10）活动连接一个俯仰外壳（11），俯仰外壳（11）通过一个端盖（12）转动连接外接法兰（13），在外接法兰（13）上固定安装摄像机支架（14）。

三个自由度的转动轴线相交于一点；如图6，三个电机（6、7、8）各自夹角为120°。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

所述第一传动机构（3）包含一对齿轮啮合和一个RV减速器（303），与第一旋转电机（6）连接，控制平台的水平旋转；

所述第二传动机构（4）为四级齿轮传动，前三级齿轮都是直齿轮，第四级齿轮采用曲线齿轮，与第二俯仰电机（7）连接，控制摄像机的俯仰运动；

所述第三传动机构（5）为五级齿轮传动，前三级齿轮都是直齿轮，第四级齿轮采用曲线齿轮，第五级齿轮采用锥齿轮，与第三旋转电机（8）连接，控制摄像机沿光轴的旋转运动；

第一传动机构（3）的大齿轮（302）靠主传动轴外轴（403）上的轴肩进行轴向定位，大齿轮（302）和RV减速器之间有6根螺栓连接。

第二传动机构（4）的一级俯仰小齿轮（401）靠螺钉和第二俯仰电机（7）连接，一级俯仰小齿轮（401）靠轴承和主传动轴外轴（403）上的轴肩进行轴向定位，一级俯仰大齿轮（402）靠轴承和键进行轴向定位，二级俯仰小齿轮（404）靠键、一个轴套和主传动轴外轴（403）上的轴肩进行轴向定位，俯仰中间齿轮（405）通过主传动轴外轴（403）上的轴肩、轴承、一个螺钉和一个垫片轴向固定在支撑外壳（9）上，三级俯仰大齿轮（406）通过挡圈轴向定位在俯仰双曲面传动轴（407）上，俯仰双曲面传动轴（407）通过轴承和一个挡圈轴向固定在支撑外壳（9）和外壳盖（10）上，四级俯仰曲线齿轮（408）、俯仰外壳（11）和俯仰转动轴（409）通过8根销连接，四级俯仰曲线齿（408）轮靠轴承和俯仰外壳（11）轴向定位，俯仰转动轴（409）通过俯仰外壳轴向定位。

第三传动机构（5）的一级旋转小齿轮（501）通过螺钉连接第三旋转电机（8），一级旋转大齿轮（502）依靠一个轴套和键轴向定位，二级旋转小齿轮（504）通过键和轴套进行轴向定位，旋转中间齿轮（505）通过轴承、一个螺钉和一个挡圈固定在支撑外壳（9）上，旋转三级大齿轮（506）通过一个挡圈轴向定位，旋转双曲面传动轴（507）通过轴承和一个挡圈固定在支撑外壳（9）和外壳盖（10）上，中间外壳（2）和支撑外壳（9）两侧各通过12个螺栓和4根销连接，横向传动轴（509）左右两侧通过轴承和支撑外壳（9）连接，旋转四级圆锥齿轮（508）通过销、一个挡圈和轴承进行轴向定位，旋转五级大锥齿轮（511）上下分别通过挡圈和轴承进行轴向定位在支撑外壳上，端盖（12）通过8根销与俯仰外壳（11）连接，外接法兰（13）通过键轴向定位在旋转五级大锥齿轮（511）轴上，外接法兰（13）通过6根螺栓和摄像机支架（14）连接。

实施例三：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

第一自由度传动路线：小齿轮（301）安装在第一旋转电机（6）的输出轴上，运动由第一旋转电机（6）输入，小齿轮（301）输出；一个小齿轮（301）和一个大齿轮（302）啮合，运动由小齿轮（301）输入，大齿轮（302）输出；RV减速器（303）和大齿轮（302）通过螺栓连接，运动由大齿轮（302）输入，RV减速器（303）输出；RV减速器（303）和支撑外壳（9）通过螺栓连接，水平旋转运动由RV减速器（303）输入，由支撑外壳（9）输出。

第二自由度传动路线：运动由第二俯仰电机（7）输入，一级俯仰小齿轮（401）输出；一级俯仰小齿轮（401）和一级俯仰大齿轮（402）啮合，运动由一级俯仰小齿轮（401）输入，一级俯仰大齿轮（402）输出；一级俯仰大齿轮（402）通过键和主传动轴外轴（403）连接，运动由一级俯仰大齿轮（402）输入，主传动轴外轴（403）输出；主传动轴外轴（403）通过键和二级俯仰小齿轮（404）连接，运动由主传动轴外轴（403）输入，二级俯仰小齿轮（404）输出；俯仰中间齿轮（405）分别和二级俯仰小齿轮（404）、三级俯仰大齿轮（406）啮合，运动从二级俯仰小齿轮（404）传递到俯仰中间齿轮（405）再传递到三级俯仰大齿轮（406）；俯仰双曲面传动轴（407）和三级俯仰大齿轮（406）通过挡圈固定，运动由三级俯仰大齿轮（406）输入，俯仰双曲面传动轴（407）输出；俯仰双曲面传动轴上的锥齿轮（407）和四级俯仰曲线齿轮（408）啮合，俯仰双曲面传动轴锥齿轮（407）的水平旋转转变为四级俯仰曲线齿轮（408）的竖直旋转；四级俯仰曲线齿轮（408）、俯仰转动轴（409）和俯仰外壳（11）通过销连接，俯仰运动由四级俯仰曲线齿轮（408）传递到俯仰转动轴（409）再传递到俯仰外壳（11）。

第三自由度传动路线：运动由第三旋转电机（8）输入，一级旋转小齿轮（501）输出；一级旋转小齿轮（501）和一级旋转大齿轮（502）啮合，运动由一级旋转小齿轮（501）输入，一级旋转大齿轮（502）输出；一级旋转大齿轮（502）通过键和主传动轴内轴（503）连接，运动由一级旋转大齿轮（502）输入，主传动轴内轴（503）输出；主传动轴内轴（503）通过键和二级旋转小齿轮（504）连接，运动由主传动轴内轴（503）输入，二级旋转小齿轮（504）输出；旋转中间齿轮（505）分别和二级旋转小齿轮（504）、三级旋转大齿轮（506）啮合，运动从二级旋转小齿轮（504）传递到旋转中间齿轮（505）再传递到三级旋转大齿轮（506）；旋转双曲面传动轴（507）和三级旋转大齿轮（506）通过挡圈固定，运动由三级旋转大齿轮（506）输入，旋转双曲面传动轴（507）输出；旋转双曲面传动轴上的锥齿轮（507）和四级旋转曲线齿轮（508）啮合，旋转双曲面传动轴锥齿轮（507）的水平旋转转变为四级旋转曲线齿轮（508）的竖直旋转；横向传动轴（509）通过键和四级旋转曲线齿轮（508）连接，运动由四级旋转曲线齿轮（508）输入，横向传动轴（509）输出；横向传动轴上的锥齿轮（510）和五级旋转大锥齿轮（511）啮合，横向传动轴上锥齿轮（510）的竖直运动转变为五级旋转大锥齿轮（511）的水平旋转运动；五级旋转大锥齿轮（511）的轴通过键和外接法兰（13）连接，外接法兰（13）和摄像机支架（14）通过螺栓连接，水平旋转运动由五级旋转大锥齿轮（511）传递到外接法兰（13），最终传递到摄像机支架（14）。 

Claims (5)

1.一种三自由度视觉检测平台，包含底座（1）和摄像机支架（14），其特征在于：所述底座（1）上端连接一个中间外壳（2），底座（1）内腔中隔板上安装一个第一旋转电机（6）、一个第二俯仰电机（7）和一个第三旋转电机（8）；所述第一旋转电机（6）通过一个安装在中间外壳（2）上的第一传动机构（3）与一个支撑外壳（9）传动连接，第二俯仰电机（7）通过一个第二传动机构（4）连接一个俯仰外壳（11），第三旋转电机（8）通过一个第三传动机构（5）连接一个安装在俯仰外壳（11）上的外接法兰（13），所述支撑外壳（9）通过两个外壳盖（10）活动连接一个俯仰外壳（11），俯仰外壳（11）通过一个端盖（12）转动连接外接法兰（13），在外接法兰（13）上固定安装摄像机支架（14）。

2.根据权利要求1所述的三自由度视觉检测平台，其特征在于：所述第一传动机构包含一个小齿轮（301），该小齿轮（301）安装在所述第一旋转电机（6）的输出轴上，该小齿轮（301）和一个大齿轮（302）啮合，一个RV减速器（303）输入端和大齿轮（302）通过螺栓连接， RV减速器（303）输出端和支撑外壳（9）通过螺栓连接。

3.根据权利要求1所述的三自由度视觉检测平台，其特征在于：所述第二传动机构（4）包含一个固定安装在第二俯仰电机（7）输出轴上的一级俯仰小齿轮（401），该一级俯仰小齿轮（401）和一个一级俯仰大齿轮（402）啮合，该一级俯仰大齿轮（402）通过键和一根主传动轴外轴（403）连接，主传动轴外轴（403）通过键和一个二级俯仰小齿轮（404）连接，一个俯仰中间齿轮（405）分别与二级俯仰小齿轮（404）和一个三级俯仰大齿轮（406）啮合，一根俯仰双曲面传动轴（407）和三级俯仰大齿轮（406）通过挡圈固定连接，俯仰双曲面传动轴（407）上的锥齿轮和一个四级俯仰曲线齿轮（408）啮合，四级俯仰曲线齿轮（408）通过销与一个俯仰转动轴（409）连接，俯仰转动轴（409）和所述俯仰外壳（11）通过销连接。

4.根据权利要求1所述的三自由度视觉检测平台，其特征在于：所述第三传动机构（5）包含一个固定安装在第三旋转电机（8）输出轴上的一级旋转小齿轮（501），一级旋转小齿轮（501）和一个一级旋转大齿轮（502）啮合，一级旋转大齿轮（502）通过键和一根主传动轴内轴（503）连接，主传动轴内轴（503）通过键和一个二级旋转小齿轮（504）连接，一个旋转中间齿轮（505）分别与二级旋转小齿轮（504）和一个三级旋转大齿轮（506）啮合，一根旋转双曲面传动轴（507）和三级旋转大齿轮（506）通过挡圈固定，旋转双曲面传动轴（507）上的锥齿轮和一个四级旋转曲线齿轮（508）啮合，一根横向传动轴（509）通过键和四级旋转曲线齿轮（508）连接，横向传动轴（509）上的锥齿轮（510）与一个五级旋转大锥齿轮（511）啮合，该五级旋转大锥齿轮（511）的轴与所述外接法兰（13）通过键连接，外接法兰（13）和摄像机支架（14）通过螺栓连接。

5.根据权利要求1所述的三自由度视觉检测平台，其特征在于：三个自由度的转动轴线相交于一点，三个电机（6、7、8）各自夹角为120°。