CN205325736U - 可任意角度注视、三维重建的仿生眼装置及仿生眼设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种可任意角度注视、三维重建的仿生眼装置及仿生眼设备，仿生眼装置包括：座架；悬置于所述座架的仿生眼球壁；活动内套于所述仿生眼球壁的仿生眼球，所述仿生眼球和所述仿生眼球壁共属同一球心；所述仿生眼球内置有摄像机；设于所述座架上且与所述仿生眼球连接的平面运动机构，通过所述平面运动机构来控制所述仿生眼球在所述仿生眼球壁内绕所述球心作任意角度地转动，实现仿生眼球任意角度转动、注视以及三维重建。

Description

可任意角度注视、三维重建的仿生眼装置及仿生眼设备

技术领域

本实用新型属于智能仿生机器人技术领域，特别涉及一种可任意角度注视、三维重建的仿生眼装置及仿生眼设备。

背景技术

人类感知客观世界绝大多数信息都是需要借助眼睛而获得的视觉信息，对机器人来说，“机器人眼睛”也是一个重要的感知设备。当今的机器人急切需要具备人眼诸多功能的仿生机器人眼。有了这样的机器人眼，机器人视觉技术和机器人技术将得到巨大的发展。

虽然经过20多年的发展，但从实际应用角度来看，现有的立体视觉技术还处于不成熟阶段，这不仅仅涉及到技术上的原因，也是因为人类对自身视觉机制还没有了解透彻。目前的计算机视觉大多采用位置相对固定的两台摄像机装置或可移动的单个摄像机装置，这种视觉方式明显和人类一双可转动眼球形成的视觉相违背。通过二维图像来获取三维图像存在很多难以克服的问题，比如：需要标定物，十分麻烦；数据量大，计算效果不好；灰度失真、几何畸变、噪声干扰等；目前的设备精度要求高、价格昂贵、处理过程复杂等，也影响了在工程中的使用。另外，在实际的人机交互应用上，固定眼球(摄像机)的体验远没有灵活转动的眼球体验优越、互动性强。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种可任意角度注视、三维重建的仿生眼装置及仿生眼设备，以解决现有技术中固定眼球(摄像机)所产生的操作繁琐、设备及计算复杂度高、以及体验效果欠佳等问题。

为解决上述技术问题及其他技术问题，本实用新型提供一种可任意角度注视、三维重建的仿生眼装置，包括：座架；悬置于所述座架的仿生眼球壁；活动内套于所述仿生眼球壁的仿生眼球，所述仿生眼球和所述仿生眼球壁共属同一球心；所述仿生眼球内置有摄像机；设于所述座架上且与所述仿生眼球连接的平面运动机构，通过所述平面运动机构来控制所述仿生眼球在所述仿生眼球壁内绕所述球心作任意角度地转动。

本实用新型仿生眼装置的进一步改进在于，所述座架为一矩形框架，所述仿生眼球壁是通过辐射状固定架悬置于所述矩形框架上且对应于所述矩形框架的中心。

本实用新型仿生眼装置的进一步改进在于，所述平面运动机构包括：与所述仿生眼球连接、用于驱动所述仿生眼球沿第一方向轴偏移的第一方向轴运动装置；以及与所述第一方向轴运动装置连接，用于驱动所述第一方向轴运动装置沿第二方向轴运动的第二方向轴运动装置。

本实用新型仿生眼装置的进一步改进在于，所述第二方向轴运动装置包括：第二方向轴导轨、第二方向轴传送结构、以及第二方向轴电机；所述第二方向轴导轨设置于所述矩形框架中第一方向上的相对两侧；所述第二方向轴传送结构包括：位于所述第二方向轴导轨相对两端的齿盘，绕射于所述齿盘且与所述第二方向轴导轨并行设置的第二方向轴同步传送带，以及跨设于第一方向轴上两个所述齿盘的转动轴；所述第二方向轴电机设置于所述第二方向轴传送结构的所述转动轴上。

本实用新型仿生眼装置的进一步改进在于，所述第一方向轴运动装置包括：第一方向轴丝杆、第一方向轴电机、以及联动结构；所述第一方向轴丝杆跨设于所述矩形框架上相对两侧的所述第二方向轴导轨上且连动于所述第二方向轴同步传送带；所述第一方向轴电机对应设置于所述第一方向轴丝杆上；所述联动结构连接于所述仿生眼球和所述第一方向轴电机。

本实用新型仿生眼装置的进一步改进在于，所述联动结构包括万向节以及连接于所述万向节和所述仿生眼球的滑动套杆。

本实用新型仿生眼装置的进一步改进在于，所述仿生眼球壁的周缘设有多个第一限制结构，所述滑动套杆的周缘设有多个第二限制结构，利用一无弹性线绕设所述第一限制结构和所述第二限制结构后首尾相接；所述第一限制结构为吊环或悬挂式万向轮，所述第二限制结构为线架。

本实用新型仿生眼装置的进一步改进在于，所述第一方向轴电机和所述第二方向轴电机为步进电机加位移传感器。

本实用新型仿生眼装置的进一步改进在于，所述仿生眼球壁上开设有通孔，在所述通孔内装配有用于控制所述仿生眼球锁止/启动的电磁开关。

本发明另提供一种仿生眼设备，包括相互独立的两个仿生眼装置。

如上所述，本实用新型提供的仿生眼装置，包括座架，悬置于座架的仿生眼球壁，活动内套于仿生眼球壁的仿生眼球，设于座架上且与仿生眼球连接的平面运动机构，通过所述平面运动机构来控制所述仿生眼球在所述仿生眼球壁内绕所述球心作任意角度地转动，实现仿生化，使得装配有该仿生眼装置的机器设备可以做到任意角度转动、注视，追踪物体移动，识别，对周围环境三维重建。我们的仿生眼主要利用眼球运动信息进行三维重建，对于后期的手眼、头眼以及眼睛和自身运动协调上，这项技术拥有不可比拟的优势。

附图说明

图1为本实用新型仿生眼装置在一具体实施方式中的侧向立体图。

图2为本实用新型仿生眼装置在一具体实施方式中的侧视图。

具体实施方式

本实用新型提供了一种仿生眼装置及包括相互独立的两个仿生眼装置的仿生眼设备，所述仿生眼装置均包含有利用转动机构而实现灵活转动的仿生眼球和装配于仿生眼球上的摄像机，使得装配有仿生眼装置的机器设备可以做到注视，追踪物体移动，识别，对周围环境三维重建。

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

请参阅图1和图2，其中，图1为本实用新型仿生眼装置在一具体实施方式中的侧向立体图，图2为本实用新型仿生眼装置在一具体实施方式中的侧视图。结合图1和图2，本实用新型仿生眼装置1包括：座架11、仿生眼球壁12、仿生眼球13、摄像机14、以及平面运动机构。

座架11为一矩形框架，较佳地。所述矩形框架为正方形框架，具有等长的四个侧边框。

仿生眼球壁12，悬置于座架11。在本实施例中，仿生眼球壁12为球环结构，具有容置空间。仿生眼球壁12是通过一辐射状固定架悬置于作为座架11的矩形框架上且对应于矩形框架的中心。所述辐射状固定架包括均匀布设的四个安装辐条15，每一个安装辐条15的一端连接于作为座架11的矩形框架的一边角，另一端则连接于仿生眼球壁12。

仿生眼球13，活动内套于仿生眼球壁12内。在本实施例中，仿生眼球13为与仿生眼球壁12相适配的球环结构。特别地，在一优选的情形下，仿生眼球13和仿生眼球壁12都具有空心球结构，且两者为同球心设置，即，仿生眼球13和仿生眼球壁12共属同一球心，如此，仿生眼球13在仿生眼球壁12内绕所述球心转动。

摄像机14，内置于仿生眼球13内。在本实施例中，摄像机107可根据应用场景配置相应的镜头(例如广角镜)。

平面运动机构，设于座架11上且与仿生眼球13连接。利用所述平面运动机构，可用来控制仿生眼球13在仿生眼球壁12内绕球心作任意角度地转动。在本实施例中，所述平面运动机构包括：第一方向轴运动装置和第二方向轴运动装置，其中，所述第一方向轴运动装置与仿生眼球13连接，用于驱动仿生眼球13沿第一方向轴偏移，所述第二方向轴运动装置与所述第一方向轴运动装置连接，用于驱动所述第一方向轴运动装置沿第二方向轴运动。

所述第二方向轴运动装置更包括：第二方向轴导轨(未在图式中显示)、第二方向轴传送结构、以及第二方向轴电机171。第二方向轴导轨为两副，分别设置于作为座架11的矩形框架中第一方向上的相对两侧。所述第二方向轴传送结构包括：位于所述第二方向轴导轨相对两端的齿盘172，绕射于齿盘172且与所述第二方向轴导轨并行设置的第二方向轴同步传送带173，跨设于第一方向轴上两个齿盘172之间的转动轴174，转动轴174上设置有第二方向轴电机171。优选地，第一方向轴电机162为步进电机加位移传感器。

所述第一方向轴运动装置更包括：第一方向轴丝杆161、第一方向轴电机162、以及联动结构。第一方向轴丝杆161跨设于作为座架11的矩形框架相对两侧的第二方向轴导轨上且连动于第二方向轴同步传送带173。第一方向轴电机162对应设置于第一方向轴丝杆161上。所述联动结构连接于仿生眼球13和第一方向轴电机162。优选地，第一方向轴电机162为步进电机加位移传感器。再进一步地，所述联动结构包括万向节163以及连接于万向节和仿生眼球13的滑动套杆164，在一优选实施例中，万向节163包括设于第一方向轴电机162上的球座以及适配于所述球座的球头，滑动套杆164包括有套接的多个滑动杆，其中，一个滑动杆的连接端连接于所述球头，另一个滑动杆的连接端连接于仿生眼球13。

为避免仿生眼球13相对于仿生眼球壁12产生误转动，发生不需要或不必要的转动，优选地，仿生眼球壁12上还开设有通孔(未在图式中显示)，在所述通孔内装配有用于控制仿生眼球13锁止/启动的电磁开关(未在图式中显示)。具体地，在所述通孔内穿设有一制动插销，所述制动插销受所述电磁开关控制而可实现伸缩以起到车闸的作用。具体地：当所述电磁开关关闭(或启动)时，所述制动插销受控活动伸出于所述通孔(朝向仿生眼球壁12内的仿生眼球13运动)并顶靠于仿生眼球壁12内的仿生眼球13的外壁，起到控制仿生眼球13锁止作用；当所述电磁开关开启(或关闭)时，所述制动插销受控活动收缩于所述通孔(朝向仿生眼球壁12外的所述电磁开关运动)，使得制动插销不再对仿生眼球壁12内的仿生眼球13产生干涉，起到控制仿生眼球13启动作用。

还有，在运行过程中，为防止出现仿生眼球13产生绕所述直径轴自身旋转的问题，仿生眼球壁12的周缘设有多个第一限制结构181，滑动套杆164的周缘设有多个第二限制结构183，利用一无弹性线绕设第一限制结构181和第二限制结构183后首尾相接。在一优选实施例中，第一限制结构181为吊环或悬挂式万向轮，第二限制结构183为线架，所述无弹性线可采用拉伸度极低的钢丝绳，用一条无弹性线(例如钢丝绳)上下依次穿过吊环或悬挂式万向轮的过孔及缠绕于线架上之后首尾相接，即可防止仿生眼球13绕所述直径轴自身旋转，同时亦可以任意角度移动。

以下针对单个仿生眼装置1的整体运作一大致说明：

在理想条件下，我们希望摄像机14的光轴和与仿生眼球壁12的直径轴重合，摄像机14中的感光元件的中心与仿生眼球壁12的球心重合。假设我们预先拟定了配置有摄像机14的仿生眼球13的目标位置，根据当前位置(可通过第一方向轴电机162中的位移传感器和第二方向轴电机171中的位移传感器来确定)和拟定的目标位置来确定仿生眼球13的运动轨迹；在仿生眼球13锁止的情形下(利用所述电磁开关控制制动插销活动伸出于所述通孔(朝向仿生眼球壁12内的仿生眼球13运动)并顶靠于仿生眼球壁12内的仿生眼球13的外壁，锁止住仿生眼球13)，利用所述电磁开关控制所述制动插销活动收缩于所述通孔(朝向仿生眼球壁12外的所述电磁开关运动)，使得制动插销不再对仿生眼球壁12内的仿生眼球13产生干涉，启动仿生眼球13；启动第一方向轴电机162和第二方向轴电机171(先启动第一方向轴电机162，后启动第二方向轴电机171；先启动第二方向轴电机171，后启动第一方向轴电机162；或者，同时启动第一方向轴电机162和第二方向轴电机171)，具体地：通过第一方向轴电机162而驱动第一方向轴电机162沿着第一方向轴丝杆161移动，通过第二方向轴电机171而驱动第一方向轴丝杆161在第二方向轴同步传送带173的带动下沿着第二方向轴导轨移动，从而使得仿生眼球13在包括万向节和滑动套杆的联动结构的带动下发生转动；通过上述第一方向轴电机162和第二方向轴电机171的运转，使得滑动套杆最终行进到目标位置，行进到位后，所述电磁开关控制制动插销活动伸出于所述通孔(朝向仿生眼球壁12内的仿生眼球13运动)并顶靠于仿生眼球壁12内的仿生眼球13的外壁，锁止住仿生眼球13。如此，完成仿生眼球结构的活动。

综上所述，本实用新型提供了仿生眼装置及包括相互独立的两个仿生眼装置的仿生眼设备，该仿生眼装置包括座架，悬置于座架的仿生眼球壁，活动内套于仿生眼球壁的仿生眼球，设于座架上且与仿生眼球连接的平面运动机构，通过所述平面运动机构来控制所述仿生眼球在所述仿生眼球壁内绕所述球心作任意角度地转动，实现仿生化，使得装配有该仿生眼装置的机器设备可以做到任意角度转动、注视，追踪物体移动，识别，对周围环境三维重建。我们的仿生眼主要利用眼球运动信息进行三维重建，对于后期的手眼、头眼以及眼睛和自身运动协调上，这项技术拥有不可比拟的优势。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种可任意角度注视、三维重建的仿生眼装置，其特征在于，包括：

座架；

悬置于所述座架的仿生眼球壁；

活动内套于所述仿生眼球壁的仿生眼球，所述仿生眼球和所述仿生眼球壁共属同一球心；所述仿生眼球内置有摄像机；

设于所述座架上且与所述仿生眼球连接的平面运动机构，通过所述平面运动机构来控制所述仿生眼球在所述仿生眼球壁内绕所述球心作任意角度地转动。

2.如权利要求1所述的仿生眼装置，其特征在于，所述座架为一矩形框架，所述仿生眼球壁是通过辐射状固定架悬置于所述矩形框架上且对应于所述矩形框架的中心。

3.如权利要求2所述的仿生眼装置，其特征在于，所述平面运动机构包括：

与所述仿生眼球连接、用于驱动所述仿生眼球沿第一方向轴偏移的第一方向轴运动装置；以及

与所述第一方向轴运动装置连接，用于驱动所述第一方向轴运动装置沿第二方向轴运动的第二方向轴运动装置。

4.如权利要求3所述的仿生眼装置，其特征在于，所述第二方向轴运动装置包括：第二方向轴导轨、第二方向轴传送结构、以及第二方向轴电机；

所述第二方向轴导轨设置于所述矩形框架中第一方向上的相对两侧；

所述第二方向轴传送结构包括：位于所述第二方向轴导轨相对两端的齿盘，绕射于所述齿盘且与所述第二方向轴导轨并行设置的第二方向轴同步传送带，以及跨设于第一方向轴上两个所述齿盘的转动轴；

所述第二方向轴电机设置于所述第二方向轴传送结构的所述转动轴上。

5.如权利要求4所述的仿生眼装置，其特征在于，所述第一方向轴运动装置包括：第一方向轴丝杆、第一方向轴电机、以及联动结构；

所述第一方向轴丝杆跨设于所述矩形框架上相对两侧的所述第二方向轴导轨上且连动于所述第二方向轴同步传送带；

所述第一方向轴电机对应设置于所述第一方向轴丝杆上；

所述联动结构连接于所述仿生眼球和所述第一方向轴电机。

6.如权利要求5所述的仿生眼装置，其特征在于，所述联动结构包括万向节以及连接于所述万向节和所述仿生眼球的滑动套杆。

7.如权利要求6所述的仿生眼装置，其特征在于，所述仿生眼球壁的周缘设有多个第一限制结构，所述滑动套杆的周缘设有多个第二限制结构，利用一无弹性线绕设所述第一限制结构和所述第二限制结构后首尾相接；所述第一限制结构为吊环或悬挂式万向轮，所述第二限制结构为线架。

8.如权利要求5所述的仿生眼装置，其特征在于，所述第一方向轴电机和所述第二方向轴电机为步进电机加位移传感器。

9.如权利要求1所述的仿生眼装置，其特征在于，所述仿生眼球壁上开设有通孔，在所述通孔内装配有用于控制所述仿生眼球锁止/启动的电磁开关。

10.一种仿生眼设备，其特征在于，包括相互独立的两个如权利要求1至9中任一项所述的仿生眼装置。