CN213240665U - 视频采集系统及机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及视频采集技术领域，公开了一种视频采集系统及机器人，该系统包括：采光结构，包括采光口以及与之光学连通的第一光通道；反光结构，包括反光板、第二光通道和出光口，第一和第二光通道呈一夹角α，0°≤α<180°，反光板位于第一和第二光通道之间，用于将来自采光结构的光反射至出光口；摄像单元，包括镜头和相机本体，镜头位于出光口处；旋转驱动单元，包括电机和旋转结构，旋转结构连接电机与采光结构；以及与相机本体通信连接的控制单元。通过上述方式，本实用新型实施例的视频采集系统能够将镜头和相机内置于结构中，仅采光口外露，便于结构设计，尤其适用于移动机器人中。

Description

视频采集系统及机器人

技术领域

本实用新型实施例涉及视频采集技术领域，具体涉及一种视频采集系统及机器人。

背景技术

目前用于机器人的移动变焦视频采集系统大多采用车载摄像头云台。然而车载摄像头体积过于庞大，且暴露在外，需要额外的设计来保证防水防尘。这样的视频采集系统较不适用于移动机器人，会对机器人的设计带来挑战。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型实施例提供了一种视频采集系统以及机器人，使相机及镜头可内置于结构中，以克服现有技术的视频采集系统体积大、暴露在外、需额外的防水防尘设计的缺陷。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种视频采集系统，包括：采光结构，所述采光结构包括采光口以及与所述采光口光学连通的第一光通道；反光结构，所述反光结构包括反光板、第二光通道和出光口，所述第一光通道与所述第二光通道光学连通并呈一夹角α，其中0°≤α<180°，所述反光板位于所述第一光通道与所述第二光通道之间，并且所述反光板用于将来自所述采光结构的光反射至所述出光口；摄像单元，所述摄像单元包括镜头，以及与所述镜头连接的相机本体，所述镜头位于所述出光口处，以接收来自所述第二光通道的光；旋转驱动单元，所述旋转驱动单元包括电机和旋转结构，所述旋转结构连接所述电机与所述采光结构，以由所述电机驱动所述采光结构关于所述第二光通道的轴旋转；控制单元，所述控制单元与所述相机本体通信连接，以控制所述相机本体的操作。

在一种可选的方式中，所述视频采集系统还包括柔性连接件，所述柔性连接件连接所述相机本体与所述出光口。

在一种可选的方式中，所述柔性连接件为围绕所述镜头的套管结构。

在一种可选的方式中，所述第二光通道包括同轴转动连接的第一段和第二段，所述第一段连接到所述采光结构，所述第二段连接到所述出光口，所述旋转结构连接到所述第一段，从而由所述电机驱动所述第一段相对于所述第二段旋转，进而带动所述采光结构旋转。

在一种可选的方式中，所述旋转结构包括连接到所述电机输出端的电机齿轮和位于所述第一段外周的旋转齿轮，所述电机齿轮与所述旋转齿轮啮合连接。

在一种可选的方式中，所述旋转驱动单元与所述控制单元通信连接，以受所述控制单元控制。

在一种可选的方式中，所述视频采集系统还包括设置于所述采光结构下方，用于支撑所述采光结构的支撑架。

在一种可选的方式中，所述支撑架与所述采光结构接触的位置设有滑轨以及位于所述滑轨内的滚珠，所述采光结构受所述旋转驱动单元驱动沿所述滑轨转动。

在一种可选的方式中，所述支撑架围绕所述第二光通道设置，并且所述支撑架还包括套设于所述第二光通道上的旋转轴承。

根据本实用新型实施例的另一方面，提供了一种机器人，包括内骨架、外壳以及如本实用新型实施例所述的视频采集系统，所述视频采集系统设置于所述内骨架上，并且位于所述外壳内部，仅所述采光口外露。

本实用新型实施例通过设计采光结构和反光结构，延伸了视频采集系统的采光口的位置和角度，使采光口可以与镜头及相机分离，而能够将镜头和相机内置于结构中，仅采光口外露，便于结构设计。本实用新型实施例的视频采集系统尤其适于移动机器人中。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本实用新型实施例提供的视频采集系统的结构及工作原理示意图；

图2示出了本实用新型另一实施例提供的视频采集系统的结构及工作原理示意图。

具体实施方式中的附图标号如下：采光口11，第一光通道12，支撑架13，滑轨131，滚珠132，旋转轴承133，出光口21，第二光通道22，反光板23，镜头31，相机本体32，柔性连接件33，相机支撑架34，电机41，旋转结构42，电机齿轮421，旋转齿轮422。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

考虑现有技术的车载摄像头云台体积过于庞大，且暴露在外，需要额外的设计来保证防水防尘的缺陷，本发明人设计了本实用新型实施例的视频采集系统。利用彼此连通的采光结构和反光结构，以类似于潜望镜的方式，将入射光反射到镜头上。从而使视频采集系统的采光部分能够与镜头分离，镜头及相机本体可以内置于结构内部，仅采光口外露。以此方式改善了视频采集系统的应用灵活性，使结构设计更为便利。本实用新型实施例的视频采集系统安装方式简便，便于实现，尤其适用于移动机器人。

请参阅图1，示意性地示出了本实用新型实施例的视频采集系统的结构及工作原理。视频采集系统包括：采光结构、反光结构、摄像单元、旋转驱动单元和控制单元。采光结构和反光结构用于为摄像单元引入光源，以供摄像单元拍摄；控制单元与摄像单元通信连接，以控制摄像单元的拍摄；旋转驱动单元驱动采光结构关于第二光通道的轴旋转。

对于采光结构和反光结构，如图1中所示。采光结构包括采光口11、第一光通道12。反光结构包括出光口21、第二光通道22和反光板23。第一光通道12与第二光通道22光学连通，彼此呈一夹角α。α可以是≥0°且小于180°的任意夹角。反光板23位于第一光通道12和第二光通道22之间，用于将来自采光口11的光反射为至出光口21。

光线自采光口11进入，在第一光通道12内行进至反光板23，经反光板23反射后，沿第二光通道22继续行进，并到达出光口21，进入相机镜头31，使得相机镜头31能否拍摄到来自采光口的光学信息。

本领域技术人员应当理解，根据本实用新型实施例的视频采集系统中，第一光通道12和第二光通道22各自的数量不限于一个，反光板23的数目也不受限制。只要能够实现将来自采光口11的光通过反射导向至出光口21即可，而无论这些光经过几次反射，或行进经过几个光通道。

此外，第一光通道12和第二光通道22的截面形状也可以有多种选择，不限于方形、圆形，其他满足光线通过的形状。从方便设计的角度考虑，可以使用圆形截面的光通道。

请继续参阅图1，本实用新型实施例的视频采集系统还可以包括旋转驱动单元，旋转驱动单元可以包括电机41和旋转结构42。旋转结构42连接电机41与采光结构，以由电机41驱动采光结构旋转，实现多角度的视频采集。

旋转驱动单元也可以与上述控制单元通信连接，以受其控制。电机41可以包含编码器，以使控制单元能够更为精确地控制采光结构的角度旋转和相机的视频采集操作。但这并非必须，旋转驱动单元也可以与相机分别单独控制。

在一个具体实施例中，控制单元采用TI AM437x处理器，提供多种控制接口，由上位机软件统一提供接口控制，协调电机和相机的控制，可以根据系统需求，同步控制或者异步控制。光耦同时提供良好的系统隔离，杜绝控制干扰。

请进一步参阅图1和图2，在该具体实施例中，在该实施例中，第二光通道22可以分为两段，第一段与第一光通道12固定连接，第二段在出光口21处连接柔性连接件33，第一段与第二段之间可同轴旋转连接，例如可以套接或以其他方式连接。旋转结构42连接到第一段，从而电机41驱动旋转结构42带动第一段相对于第二段旋转，进而带动采光结构旋转。该情况中，第二光通道22的第二段不旋转，以保持相机本体及镜头的稳定性。

在该具体实施例中，旋转结构42可以包括连接到电机41输出端的电机齿轮421和位于第二光通道22的第一段外周的旋转齿轮422，电机齿轮421与旋转齿轮422啮合连接。如此通过电机41输出轴，驱动电机齿轮421旋转，带动旋转齿轮422转动，第二光通道22的第一段随之绕其中心轴旋转，进一步带动第一光通道12的采样口11旋转，实现360°视频采集。

本领域技术人员应当理解，旋转结构42的以上形式仅为一个具体实施例，实践中，旋转结构42的形式不限于此，例如，除啮合齿轮结构以外，还可以为连杆驱动、皮带轮驱动多种驱动结构的组合。并且旋转结构42也可以连接到采光结构上，直接驱动第一光通道12及采光口旋转。

此外，电机41的位置可以根据结构空间需要，进行调整，并匹配旋转结构与采光结构或反光结构的连接。

本实用新型通过类似于潜望镜的方式，实现了采光口11与相机镜头的距离和角度分离，相当于将采光口11从相机镜头31处延伸到更远的距离和更灵活的角度。使得能够在将相机本体32和相机镜头31内置于结构内部的同时，仅需将采光口11外露于结构外部，就能够通过采光结构和反光结构反射引入光学信息到内置镜头31处，实现对结构外部的视频采集。

如图1中所示，摄像单元包括相机本体32以及其镜头31，镜头31位于反光结构的出光口21处，以接收来自第二光通道22的光学信息。镜头31可以是变焦镜头、定焦镜头或其他类型的摄像头。对于本实用新型实施例的视频采集系统而言，镜头的类型、数目均不受限制。

本实用新型实施例的视频采集系统的这种灵活的光路设计方案，使得相机镜头31的位置摆放也得以灵活调整，可以根据需要放置在结构内部的各种位置、各种角度。

本实用新型实施例的视频采集系统可以将镜头31内置到结构内部，结构本身可以提供防水防尘效果，而无需额外设计相应的功能部件。尤其适用于采用变焦镜头的场景。例如在用于移动机器人时，除采光口11外露以外，其他部件均内置于机器人内部，ID设计无需考虑摄像系统的防水防尘、结构稳定性、体积占据空间、镜头放置角度等等问题，设计更为便利。

相机本体32自身一般具有标准的固定接口(例如云台接口)，可以根据实际使用的场景，将相机本体32固定在结构内部。由于不需要考虑相机镜头31在结构内部的特定位置、角度、安装方式，这种内置式设计可以提升相机本身的稳定性。

例如，在应用于移动机器人的场景中，可以将相机本体32连同镜头31内置于机器人骨架内。可以直接固定安装在机器人内骨架上；或将相机本体固定在相机支撑架34上，再通过相机支撑架34安装在机器人内部骨架的合适位置。也可以根据机器人的需要灵活定制相机固定支架，只要不干涉镜头31的伸缩变焦。

如图1中所示，控制单元与相机本体通信连接，以控制相机的操作，实现视频采集。在使用变焦镜头时，对相机本体的控制还包括变焦控制等操作。

控制单元的形式和结构不受限制，其可以为独立于相机本体的外部控制单元，也可以为集成在相机本体内部的控制单元，其可以为相机提供电源或不带有电源装置。其与上位机之间的控制接口可以采用通用的CAN、232、485、USB、Ethernet等。

本实用新型实施例的视频采集系统可以广泛应用于各种应用场景，尤其适用于作为移动机器人的视频采集系统。

请继续参阅图1，视频采集系统还可以包括柔性连接件33，其连接相机本体32与出光口21。

柔性连接件33的设置使得相机本体32与反光结构之间柔性连接，对相机本体和32镜头31起到保护作用，相机操作更为稳定。此外，还可以通过调节柔性连接件33，匹配不同的镜头31，不仅更适应变焦镜头的应用，且可以根据需要更换不同的镜头31。

在一种可选的方式中，柔性连接件33可以为围绕镜头31的套管结构。套管结构还能进一步起到保护镜头31的作用。例如，在一个具体实施例中，柔性连接件33可以为皮腔结构。

请继续参阅图1和图2，根据本实用新型实施例的视频采集系统还可以包括设置于采光结构下方，用于支撑采光结构的支撑架13。

由于第一光通道12与第二光通道22之间呈一夹角α，且α为≥0°且＜180°，第一光通道12的稳定性在一些情况下可能需要加固，例如在图中所示α为90°的情况中，以及在需要采光结构旋转的情况中，支撑架13的设置可以确保采光结构稳定，进而保证视频采集功能稳定。

支撑架13可以为置于采光结构下方的托盘状结构。在图2所示的具体实施例中，支撑架13与采光结构接触的位置还可以设有滑轨131以及位于滑轨内的滚珠132。如此当采光结构受旋转驱动单元驱动而转动时，采光口11可以沿滑轨131转动。旋转过程更为平稳，且可以实现360°范围内的大角度旋转。使得视频采集系统能够采集360°范围内的视频信息。

请继续参阅图2，本实用新型实施例的视频采集系统中支撑架13围绕第二光通道22设置，支撑架13还包括套设于第二光通道22上的旋转轴承133。该实施例中，利用支撑架13和旋转轴承133进一步稳定采光结构的旋转运动。

本实用新型实施例的视频采集系统可以应用于各种场景，特别是需要大型视频采集装置的情况。视频采集系统可以以特定角度固定于特定位置，通过对采光结构和反光结构的灵活调整，实现对一定距离范围内360°视频采集。

本实用新型实施例还提供一种机器人，包括内骨架、外壳以及上述的视频采集系统。请参阅图2，在应用于机器人时，视频采集系统中除采光口以外，其他部件结构均可设置于机器人内骨架上，作为内置部件，仅采光口11外露，为机器人造型设计提供更大自由度。

需要注意的是，除非另有说明，本实用新型实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型实施例所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本实施新型实施例的描述中，技术术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型实施例的限制。

此外，技术术语“第一”“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本实用新型实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实施新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。

在本实施新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种视频采集系统，其特征在于，所述视频采集系统包括：

采光结构，所述采光结构包括采光口以及与所述采光口光学连通的第一光通道；

反光结构，所述反光结构包括反光板、第二光通道和出光口，所述第一光通道与所述第二光通道光学连通并呈一夹角α，其中0°≤α<180°，所述反光板位于所述第一光通道与所述第二光通道之间，并且所述反光板用于将来自所述采光结构的光反射至所述出光口；

摄像单元，所述摄像单元包括镜头，以及与所述镜头连接的相机本体，所述镜头位于所述出光口处，以接收来自所述第二光通道的光；

旋转驱动单元，所述旋转驱动单元包括电机和旋转结构，所述旋转结构连接所述电机与所述采光结构，以由所述电机驱动所述采光结构关于所述第二光通道的轴旋转；

控制单元，所述控制单元与所述相机本体通信连接，以控制所述相机本体的操作。

2.根据权利要求1所述的视频采集系统，其特征在于，所述视频采集系统还包括柔性连接件，所述柔性连接件连接所述相机本体与所述出光口。

3.根据权利要求2所述的视频采集系统，其特征在于，所述柔性连接件为围绕所述镜头的套管结构。

4.根据权利要求2所述的视频采集系统，其特征在于，所述第二光通道包括同轴转动连接的第一段和第二段，所述第一段连接到所述采光结构，所述第二段连接到所述柔性连接件，所述旋转结构连接到所述第一段，从而由所述电机驱动所述旋转结构带动第一段相对于所述第二段旋转，进而带动所述采光结构旋转。

5.根据权利要求4所述的视频采集系统，其特征在于，所述旋转结构包括连接到所述电机输出端的电机齿轮和位于所述第一段外周的旋转齿轮，所述电机齿轮与所述旋转齿轮啮合连接。

6.根据权利要求1所述的视频采集系统，其特征在于，所述旋转驱动单元与所述控制单元通信连接，以受所述控制单元控制。

7.根据权利要求1所述的视频采集系统，其特征在于，所述视频采集系统还包括设置于所述采光结构下方，用于支撑所述采光结构的支撑架。

8.根据权利要求7所述的视频采集系统，其特征在于，所述支撑架与所述采光结构接触的位置设有滑轨以及位于所述滑轨内的滚珠，所述采光结构受所述旋转驱动单元驱动沿所述滑轨转动。

9.根据权利要求7所述的视频采集系统，其特征在于，所述支撑架围绕所述第二光通道设置，并且所述支撑架还包括套设于所述第二光通道上的旋转轴承。

10.一种机器人，其特征在于，所述机器人包括：内骨架、外壳，以及如权利要求1-9中任意一项所述的视频采集系统，所述视频采集系统设置于所述内骨架上，并且位于所述外壳内部，仅所述采光口外露。

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