CN206018204U - 可用于三维重建的多功能三维拍摄架 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可用于三维重建的多功能三维拍摄架，包括水平方向电动导轨系统、由水平方向电动导轨系统带动沿水平方向左右移动的竖直方向电动升降系统，其特征在于，还包括由竖直方向电动升降系统带动沿竖直方向上下移动的三维电动扫描头。本实用新型提供了一种能够搭载拍摄设备，安装方便、拍摄快捷、运行稳定的，并且能够满足拍摄角度、高度及距离要求的辅助设备，把拍摄和扫描设备搭载在本实用新型提供的设备上就能够方便快捷地对它们进行准确定位，节省大量时间资源，大大提高三维重建工作中的数据采集效率。

Description

可用于三维重建的多功能三维拍摄架

技术领域

本实用新型涉及一种辅助拍摄设备，可用于三维扫描重建等领域中。

背景技术

三维拍摄架是三维重建系统的重要硬件组成部分，质量、性能的优劣直接影响到三维重建的效率，其设计安装工艺尤为重要。三维重建中最关键的一个过程就是三维的数据采集，而拍摄采集数据的效率和精度就极大地影响着重建的进程和质量。

传统的拍摄辅助设备，一般为三角架支承或T型架结构，应用拍摄的角度和高度都需要手动调节，这样对于定位的精度就很难把握，实际数据采集效率较低。而且传统拍摄辅助设备搭载设备的负载和动作自由度也很有限。用传统的拍摄辅助设备去完成对较大物体的拍摄以及针对同一物体从不同角度进行大量拍摄时就很繁琐，耗费大量人力和时间，从而影响工作进度。并且对于大型不可移动的物体使用普通的拍摄架根本无法完成三维重建。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：提高三维重建时，数据采集的精度及效率。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是提供了一种可用于三维重建的多功能三维拍摄架，包括水平方向电动导轨系统、由水平方向电动导轨系统带动沿水平方向左右移动的竖直方向电动升降系统，其特征在于，还包括由竖直方向电动升降系统带动沿竖直方向上下移动的三维电动扫描头，其中，三维电动扫描头包括电动伸缩机构、左右旋转单元、上下旋转单元、360度旋转单元及固定机构；

电动伸缩机构与竖直方向电动升降系统固定连接，左右旋转单元固定在电动伸缩机构上，上下旋转单元经由左右旋转单元与电动伸缩机构连接固定，360度旋转单元的一端与上下旋转单元固定连接，另一端与固定机构固定连接；

由电动伸缩机构带动左右旋转单元、上下旋转单元、360度旋转单元及固定机构沿水平方向左右移动；

由左右旋转单元带动上下旋转单元、360度旋转单元及固定机构在水平平面内左右摆动；

由上下旋转单元带动360度旋转单元及固定机构在竖直平面内上下摆动；

由360度旋转单元带动固定机构及固定在固定机构上的外设绕设定轴线在竖直平面内360度旋转。

优选地，所述水平方向电动导轨系统包括电机一及底板，由，电机一通过水平位移机构驱动底板沿水平方向左右移动，在底板上设有转盘机构，所述竖直方向电动升降系统设于转盘机构上，由转盘机构带动所述竖直方向电动升降系统绕转盘机构的竖直轴线旋转。

优选地，所述转盘机构包括可绕自身轴线自由转动的转盘，转盘设于所述底板上，在转盘与底板之间设有平面推力轴承，所述竖直方向电动升降系统固定在转盘上，在转盘的边缘设有一圈压圈，压圈与底板间通过手拧螺栓连接，当手拧螺栓拧松时，转盘可绕自身轴线自由转动，当手拧螺栓拧紧时，压圈紧贴转盘使转盘无法转动。

优选地，所述竖直方向电动升降系统包括竖直布置的主体支撑架，在主体支撑架上设有可沿竖直方向上下移动的上下运动平台，所述电动伸缩机构与上下运动平台固定连接，电机二经由滑轮-绳索机构带动上下运动平台沿竖直方向上下移动。

优选地，所述电动伸缩机构包括电机伸缩机构及直杆，直杆与电机伸缩机构的输出轴固定连接，电机伸缩机构在伸缩过程中带动直杆沿水平方向左右移动；

所述上下运动平台包括支撑滚筒，在支撑滚筒的两侧各设有一块侧盖，直杆中部穿设于支撑滚筒内，轴承座通过紧固螺钉固定在支撑滚筒内，在轴承座上固定有至少3组轴承组，所有轴承组沿直杆的周向布置，每个轴承组包括至少一个轴承，轴承穿设在轴上，轴承的外圆周面与直杆的外圆周面相接触，每根轴的两侧各设有一根紧固螺钉，通过旋紧紧固螺钉来压紧对应的轴，使得轴上的轴承更紧贴直杆。

优选地，所述左右旋转单元包括上压板及下压板，在上压板与下压板之间设有可绕自身轴线自由转动的转台，所述电动伸缩机构与所述上下旋转单元分别与转台的两个端面连接固定。

优选地，所述上下旋转单元包括设于壳体内的电机三，电机三驱动蜗轮-蜗杆机构一，在蜗轮-蜗杆机构一的输出轴上设有行星齿轮机构，行星齿轮机构设 于右侧盖的一端，由行星齿轮机构带动右侧盖绕蜗轮-蜗杆机构一的输出轴在竖直平面内上下摆动，在右侧盖的对侧设有左侧盖，左侧盖的一端设有轴承座，所述360度旋转单元与右侧盖的另一端及左侧盖的另一端固定连接，使得右侧盖在行星齿轮机构带动下在竖直平面内上下摆动同时，左侧盖及所述360度旋转单元同步上下摆动。

优选地，在所述壳体上面向所述左侧盖一侧的侧壁上设有位置不同的两个限位块，在所述左侧盖上设有限位开关，当所述左侧盖在竖直平面内上下摆动至两个极限位置时，限位开关分别被相应的限位块触发。

优选地，所述360度旋转单元包括电机四，电机四经由齿轮传动机构驱动蜗轮-蜗杆机构二，由蜗轮-蜗杆机构二带动与蜗轮-蜗杆机构二中的蜗轮同轴的旋转头绕旋转头的中轴线在竖直平面内360度旋转，所述固定机构固定在旋转头上。

优选地，所述固定机构包括相互抱合的抱块一及抱块二，抱块一固定在所述旋转头上，抱块一及抱块二抱合后夹紧横杆，外设固定在横杆上。

本实用新型提供了一种能够搭载拍摄设备，安装方便、拍摄快捷、运行稳定的，并且能够满足拍摄角度、高度及距离要求的辅助设备，把拍摄和扫描设备搭载在本实用新型提供的设备上就能够方便快捷地对它们进行准确定位，节省大量时间资源，大大提高三维重建工作中的数据采集效率。

附图说明

图1为三维拍摄架整体结构示意图；

图2为上下运动平台结构示意图；

图3为水平方向分段式电动导轨结构示意图；

图4为主体支撑架和底板连接处原理示意图；

图5为上下运动平台与正六边形杆子及三维电动扫描云台整体示意图；

图6为正六边形杆子支撑座结构原理图；

图7为主体框架结构示意图；

图8图为导轨连接示意图；

图9为三维电动扫描云台结构示意图；

图10为三维电动扫描云台中360°旋转单元结构示意图；

图11为三维电动扫描云台上下扫扫描单元结构示意；

图12为三维电动扫描云台上下扫扫描单元电机与蜗杆连接示意图；

图13为三维电动扫描云台旋转子单元拼接后效果图；

图14为三维电动扫描云台的限位装置示意图；

图15为三维电动扫描云台左右旋转单元结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本实用新型提供的一种可用于三维重建的多功能三维拍摄架包括水平方向电动导轨系统1，由水平方向电动导轨系统1带动沿水平方向左右移动的竖直方向电动升降系统，由竖直方向电动升降系统带动沿竖直方向上下移动的三维电动扫描头2。

下面详细讲述各部件的设计思路和安装工艺。

第一、竖直方向电动升降系统

结合图1中，用两段钢丝绳将固定于主体支撑架3下方的滚筒8和上下运动平台4连接。两段钢丝绳的一端固定在滚筒8上，另一端绕过固定在主体支撑架3顶部的在定滑轮9后，再固定在上下运动平台4上端。当电机二5转动带动滚筒8转动，滚筒8收紧钢丝绳就会带动上下运动平台4向上运动。上下运动平台4足够接近上限位开关10时，电机二5会停止该方向的转动，并且只能往相反方向转动。当电机二5反转放松钢丝绳时，由于上下运动平台4自身的重力，上下运动平台4会向下运动。同样，当上下运动平台4足够接近下限位开关11时，电机二5会停止转动。

结合图2、图5及图6，上下运动平台4中有一正六边形的直杆7从中穿过，直杆7被电机伸缩机构6带动做水平移动(具体结构在下文进一步描述)。为了保证直杆7移动时的流畅性，上下运动平台4采用了三面双轴承支撑结构，并且松紧程度可手动调节，其原理结构图如图6所示。包括支撑滚筒4-1，在支撑滚筒4-1的两侧各设有一块侧盖4-2。沿轴承座4-3的周向布置有3个缺口，每个 缺口内固定有1组轴承组。每个轴承组包括一对轴承4-5，轴承4-5套在轴4-6上，然后轴4-6和轴承4-5一起放进轴承座4-3上相应缺口里。所有轴承组均专配完毕后，再用紧固螺钉4-4将轴承座4-3固定在支撑滚筒4-1内，防止轴承座4-3滑出。此时，所有轴承组沿直杆7的周向布置，且轴承4-5的外圆周面与直杆7的外圆周面相接触。在每根轴4-6的两侧各设有一根紧固螺钉4-4。紧固螺钉4-4有一段梯形圆台，当旋紧紧固螺钉4-4时，梯形圆台的梯形斜面会压紧相应的轴4-6进而把轴4-6和其上的轴承4-5往里推，最终压紧直杆7。反之就会放松对直杆7的压紧作用力。这样可以实现对直杆7水平移动的松紧手感的调节。

结合图2，滑块17通过滑块固定板18固定在上下运动平台4上，滑块17与主体支撑架3上的导轨15相配合。在上下运动平台4上还固定由于固定钢丝绳的绳索固定台19。

结合图7，主体支撑架3采用铝合金型材14，整体共分为三段，每节长0.9m，两节之间用连接角件12和连接条13固定。上下运动平台4运动方式为滑块在导轨15上进行滑动。结合图8，导轨15首先与不锈钢三角件16连接，再把不锈钢三角件16用连接角件12固定在铝合金型材14上。铝合金型材14立柱长0.4m，宽0.35m，高度2.7m，重量96kg。上下运动平台4在立柱上下的运行速度0.06m/s，上下运动带有限位和紧急停车功能。并且，主体支撑架3高度可根据实际工作需要任意拼接拆卸，非常方便。竖直方向电动升降系统在安装时，应注意在拼接导轨15时要上下对齐以防运行时不够流畅。

第二、水平方向电动导轨系统

结合图1、图3及图4，竖直方向电动升降系统固定于底板1-2之上，并与电机一1-1、齿轮1-6、齿条1-7、导轨1-8、滑块1-9配合工作。主体支撑架3通过螺纹固定于转盘1-3之上。当用力转动主体支撑架3时，转盘1-3会一起转动。转盘1-3与底板1-2中间安装一个平面推力轴承1-5，以减小转动使用的力量。压圈1-4与转盘1-3接触面角度为45°。压圈1-4与底板1-2可用四颗手拧螺栓连接，当旋紧手拧螺栓时，压圈1-4与转盘1-3贴紧产生压力，转盘1-3不能转动；当放松手拧螺栓时，转盘1-3可与主体支撑架3一起轻松转动。

水平方向电动导轨系统采用分段式电动滑轨，采用双轨道滑块式设计，每节1.5米、宽0.7米、总长度6米，可根据需要拼接使用。其结构简图如图3所示， 电机一1-1固定在底板1-2上，齿条1-7则固定在导轨1-8上，通过电机一1-1驱动齿轮1-6，齿轮1-6与齿条1-7相啮合，从而使得底板1-2经由其下的滑块1-9沿导轨1-8水平移动。在导轨1-8两端也可以安装限位开关，底板1-2水平移动到限位开关位置处自动停止移动。

第三、三维电动扫描头

三维电动扫描头主要包括电动伸缩机构、左右旋转单元2-1、上下旋转单元2-2、360度旋转单元2-3及固定机构，其结构示意图见图5及图9。

如图5所示，电动伸缩机构包括电机伸缩机构6及正六边形的直杆7，直杆7可被电机伸缩机构6带动前后伸缩，从而带动左右旋转单元2-1、上下旋转单元2-2、360度旋转单元2-3及固定机构做前后伸缩动作。

结合图5及图9，固定机构包括相互抱合的抱块一A及抱块二B，抱块一A及抱块二B用螺栓连接锁住横杆8，再把抱块一A固定在旋转头2-3-2上，旋转头2-3-2的转动就会带动横杆8的转动。横杆8是用来直接搭载拍摄设备比如相机20、扫描仪21等等，并且可以同时搭载多台设备，具体的搭载方法可根据需要自行组合。

360度旋转单元2-3是指旋转头2-3-2可以正反方向旋转任意角度，其结构如图10所示。工作原理为：电机四2-3-1带动电机轴2-3-3转动，再通过齿轮二2-3-4和齿轮一2-3-5传动带动设于蜗杆轴2-3-8上的蜗杆及蜗轮2-3-6传动。蜗轮2-3-6与蜗轮轴2-3-7、旋转头2-3-2与蜗轮轴2-3-7连接方式为均通过键及键槽2-3-9连接，这样旋转头2-3-2会随着电机四2-3-1正反转相对应转动而没有角度限制。其安装方式为：通过上外壳2-3-10、下外壳2-3-11和轴承固定蜗杆轴2-3-8的轴向运动以及蜗轮2-3-6除了转动以外的其他方向的运动。轴承座2-3-12通过螺栓与外壳连接。旋转头2-3-2和蜗轮轴2-3-7配合后，用螺母紧固旋转头2-3-2，防止其松动导致传动失效。在安装过程中注入润滑脂，使齿轮、蜗轮、蜗杆运行中减少磨损。

上下旋转单元2-2与360度旋转单元2-3连接后可实现配合移动定位，其运动包括两个方面——蜗轮蜗杆传动和限位开关刹车。结合图11，其工作原理为：蜗轮2-2-8及主动齿轮2-2-10同轴安装在蜗轮轴2-2-9上，蜗轮2-2-8与蜗轮轴2-2-9之间以及主动齿轮2-2-10和蜗轮轴2-2-9之间均采用键连接。电机三2-2-1 (设于壳体2-2-5及上外壳2-2-15内)通过联轴器2-2-11与蜗杆2-2-12相连，蜗杆2-2-12与蜗轮2-2-8相配合。电机三2-2-1启动后，经蜗杆2-2-12、蜗轮2-2-8以及键传动，主动齿轮2-2-10会随之转动。主动齿轮2-2-10和三个从动齿轮2-2-13啮合，三个从动齿轮2-2-13又与内齿圈2-2-14啮合，最后把内齿圈2-2-14和右侧盖2-2-2通过六个M5螺栓连接，这样右侧盖2-2-2就会随电机三2-2-1转动而转动，经蜗轮蜗杆以及齿轮减速后定位精度提高。而右侧盖2-2-2和对侧的左侧盖2-2-3同时又与360度旋转单元2-3的外壳连接，连接后的结构如图13所示。连接完成后，右侧盖2-2-2的转动会带动360度旋转单元2-3以及左侧盖2-2-3(内设有轴承座2-2-4)旋转，这样旋转头2-3-2就能实现自身旋转和上下旋转。但为了保护装置使用中操作不当造成损坏，需要对装置上下旋转角度进行限制，限位结构如图14所示，在旋转的两个极限位置设有两个限位块2-2-6，配合限位开关2-2-7，当旋转到一定角度时，限位块2-2-6会触发其中一个限位开关2-2-7，转动停止，但不影响反向转动。

在安装过程中应注意润滑蜗轮蜗杆以及齿轮以减少磨损。该装置电路最后汇入控制箱通过手控器来操控各电机正反转。

上下旋转单元2-2经由左右旋转单元2-1与电动伸缩机构连接固定。结合图15，左右旋转单元2-1包括扫描头抱箍2-1-5、上压板2-1-1、转台2-1-3、下压板2-1-2和六边形杆抱块2-1-4。六边形杆抱块2-1-4可锁紧在正六边形的直杆7上，然后通过螺纹与下压板2-1-2固定在一起。转台2-1-3通过螺纹与扫描头抱箍2-1-5连接。转台2-1-3与上压板2-1-1有45°接触面。上压板2-1-1两端有通孔，下压板2-1-2两端有螺纹孔。当用手拧螺丝拧紧上压板2-1-1和下压板2-1-2时，上压板2-1-1的斜面会压紧转台2-1-3，扫描云台即被锁止。反之，扫描头抱箍2-1-5可以水平旋转，从而实现扫描云台的水平角度的调整。

三维拍摄扫描器材可以搭载在本实用新型提供的设备上进行拍摄采集工作，极大地提高了工作效率和精度。

Claims (10)

1.一种可用于三维重建的多功能三维拍摄架，包括水平方向电动导轨系统(1)、由水平方向电动导轨系统(1)带动沿水平方向左右移动的竖直方向电动升降系统，其特征在于，还包括由竖直方向电动升降系统带动沿竖直方向上下移动的三维电动扫描头(2)，其中，三维电动扫描头(2)包括电动伸缩机构、左右旋转单元(2-1)、上下旋转单元(2-2)、360度旋转单元(2-3)及固定机构；

电动伸缩机构与竖直方向电动升降系统固定连接，左右旋转单元(2-1)固定在电动伸缩机构上，上下旋转单元(2-2)经由左右旋转单元(2-1)与电动伸缩机构连接固定，360度旋转单元(2-3)的一端与上下旋转单元(2-2)固定连接，另一端与固定机构固定连接；

由电动伸缩机构带动左右旋转单元(2-1)、上下旋转单元(2-2)、360度旋转单元(2-3)及固定机构沿水平方向左右移动；

由左右旋转单元(2-1)带动上下旋转单元(2-2)、360度旋转单元(2-3)及固定机构在水平平面内左右摆动；

由上下旋转单元(2-2)带动360度旋转单元(2-3)及固定机构在竖直平面内上下摆动；

由360度旋转单元(2-3)带动固定机构及固定在固定机构上的外设绕设定轴线在竖直平面内360度旋转。

2.如权利要求1所述的一种可用于三维重建的多功能三维拍摄架，其特征在于，所述水平方向电动导轨系统(1)包括电机一(1-1)及底板(1-2)，电机一(1-1)通过水平位移机构驱动底板(1-2)沿水平方向左右移动，在底板(1-2)上设有转盘机构，所述竖直方向电动升降系统设于转盘机构上，由转盘机构带动所述竖直方向电动升降系统绕转盘机构的竖直轴线旋转。

3.如权利要求2所述的一种可用于三维重建的多功能三维拍摄架，其特征在于，所述转盘机构包括可绕自身轴线自由转动的转盘(1-3)，转盘(1-3)设于所述底板(1-2)上，在转盘(1-3)与底板(1-2)之间设有平面推力轴承(1-5)，所述竖直方向电动升降系统固定在转盘(1-3)上，在转盘(1-3)的边缘设有一圈压圈(1-4)，压圈(1-4)与底板(1-2)间通过手拧螺栓连接，当手拧螺栓拧松时，转盘(1-3)可绕自身轴线自由转动，当手拧螺栓拧紧时，压圈(1-4)紧贴转盘(1-3)使转盘(1-3)无法转动。

4.如权利要求1所述的一种可用于三维重建的多功能三维拍摄架，其特征在于，所述竖直方向电动升降系统包括竖直布置的主体支撑架(3)，在主体支撑架(3)上设有可沿竖直方向上下移动的上下运动平台(4)，所述电动伸缩机构与上下运动平台(4)固定连接，电机二(5)经由滑轮-绳索机构带动上下运动平台(4)沿竖直方向上下移动。

5.如权利要求4所述的一种可用于三维重建的多功能三维拍摄架，其特征在于，所述电动伸缩机构包括电机伸缩机构(6)及直杆(7)，直杆(7)与电机伸缩机构(6)的输出轴固定连接，电机伸缩机构(6)在伸缩过程中带动直杆(7)沿水平方向左右移动；

所述上下运动平台(4)包括支撑滚筒(4-1)，在支撑滚筒(4-1)的两侧各设有一块侧盖(4-2)，直杆(7)中部穿设于支撑滚筒(4-1)内，轴承座(4-3)通过紧固螺钉(4-4)固定在支撑滚筒(4-1)内，在轴承座(4-3)上固定有至少3组轴承组，所有轴承组沿直杆(7)的周向布置，每个轴承组包括至少一个轴承(4-5)，轴承(4-5)穿设在轴(4-6)上，轴承(4-5)的外圆周面与直杆(7)的外圆周面相接触，每根轴(4-6)的两侧各设有一根紧固螺钉(4-4)，通过旋紧紧固螺钉(4-4)来压紧对应的轴(4-6)，使得轴(4-6)上的轴承(4-5)更紧贴直杆(7)。

6.如权利要求1所述的一种可用于三维重建的多功能三维拍摄架，其特征在于，所述左右旋转单元(2-1)包括上压板(2-1-1)及下压板(2-1-2)，在上压板(2-1-1)与下压板(2-1-2)之间设有可绕自身轴线自由转动的转台(2-1-3)，所述电动伸缩机构与所述上下旋转单元(2-2)分别与转台(2-1-3)的两个端面连接固定。

7.如权利要求1所述的一种可用于三维重建的多功能三维拍摄架，其特征在于，所述上下旋转单元(2-2)包括设于壳体(2-2-5)内的电机三(2-2-1)，电机三(2-2-1)驱动蜗轮-蜗杆机构一，在蜗轮-蜗杆机构一的输出轴上设有行星齿轮机构，行星齿轮机构设于右侧盖(2-2-2)的一端，由行星齿轮机构带动右侧盖(2-2-2)绕蜗轮-蜗杆机构一的输出轴在竖直平面内上下摆动，在右侧盖(2-2-2)的对侧设有左侧盖(2-2-3)，左侧盖(2-2-3)的一端设有轴承座(2-2-4)，所述360度旋转单元(2-3)与右侧盖(2-2-2)的另一端及左侧盖(2-2-3)的另一端固定连接，使得右侧盖(2-2-2)在行星齿轮机构带动下在竖直平面内上下摆动同时，左侧盖(2-2-3)及所述360度旋转单元(2-3)同步上下摆动。

8.如权利要求7所述的一种可用于三维重建的多功能三维拍摄架，其特征在于，在所述壳体(2-2-5)上面向所述左侧盖(2-2-3)一侧的侧壁上设有位置不同的两个限位块(2-2-6)，在所述左侧盖(2-2-3)上设有限位开关(2-2-7)，当所述左侧盖(2-2-3)在竖直平面内上下摆动至两个极限位置时，限位开关(2-2-7)分别被相应的限位块(2-2-6)触发。

9.如权利要求1所述的一种可用于三维重建的多功能三维拍摄架，其特征在于，所述360度旋转单元(2-3)包括电机四(2-3-1)，电机四(2-3-1)经由齿轮传动机构驱动蜗轮-蜗杆机构二，由蜗轮-蜗杆机构二带动与蜗轮-蜗杆机构二中的蜗轮同轴的旋转头(2-3-2)绕旋转头(2-3-2)的中轴线在竖直平面内360度旋转，所述固定机构固定在旋转头(2-3-2)上。

10.如权利要求9所述的一种可用于三维重建的多功能三维拍摄架，其特征在于，所述固定机构包括相互抱合的抱块一(A)及抱块二(B)，抱块一(A)固定在所述旋转头(2-3-2)上，抱块一(A)及抱块二(B)抱合后夹紧横杆(8)，外设固定在横杆(8)上。