CN217508848U - 一种用于监控机器人的六自由度自平衡摄像头云台装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于监控机器人的六自由度自平衡摄像头云台装置，该云台装置包含上平台和下平台，上平台和下平台均为六边形结构。六个微型伺服电机以两个一组间隔分布在下平台的六边，六个球头机构以两个一组间隔分布在上平台的六边，其安装位置与下平台的微型伺服电机交错布置。上平台和下平台之间通过六个支杆连接在一起。当微型伺服电机摆动时，带动相应的支杆运动，从而控制上平台相对下平台运动。惯性测量单元能够检测监控摄像头姿态偏移量以及位置偏移量，计算出各个微型伺服电机的旋转角度变化量，实现监控摄像的六自由度自平衡。本实用新型的云台装置结构紧凑，具有较好地负载能力，能够实时补偿监控摄像头位姿偏移量。

Description

一种用于监控机器人的六自由度自平衡摄像头云台装置

技术领域

本实用新型涉及安防监控技术领域，特别涉及一种可实现自平衡的监控摄像头云台装置。

背景技术

近年来，我国安防监控市场经历了快速地发展，视频监控是当前安全防范系统的重要组成部分，视频监控系统通常包括前端摄像机、传输线缆、视频监控平台三个主要部分。随着机器人技术的快速发展，搭载视频监控系统的巡检机器人、巡逻机器人也逐渐进入人们的生活，可称为安防监控机器人。目前安防监控机器人主要分为地面移动式和挂轨式，其中地面移动式的安防监控具有较好地空间灵活性，也是目前重点发展的领域之一。

地面移动式安防监控机器人的应用环境逐步从室内环境扩展到室外或野外环境，这也对机器人的底盘机构提出了较为严格的技术要求，譬如能够适应鹅卵石地面、沙地、泥土地面等。应用于室外或野外环境的地面移动式安防监控机器人一般都具有悬架机构，在移动过程中能够一定程度地缓冲地面带来的颠簸，但无法彻底消除。机器人上搭载的视频监控视角会随着地面移动式安防监控机器人的颠簸而造成视频视角的不断变化，不利于后期的视频分析。当前的两自由度或者三自由度云台监控摄像头虽然可以调节摄像头的视角，但是此类摄像头监控不具备检测机器人底盘颠簸的传感器，无法实现主动调节。为解决以上问题，亟待提出一种结构紧凑，具备检测移动机器人的颠簸数据，能够实现搭载视频监控视角自主稳定控制。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，克服现有技术存在的技术缺陷和不足，提供一种用于监控机器人的六自由度自平衡摄像头云台，该装置结构紧凑，具备检测移动机器人的颠簸数据，能够实现搭载视频监控视角的自主稳定控制。

一种用于监控机器人的六自由度自平衡摄像头云台装置，其特征在于：云台装置安装在移动机器人的上表面上，监控摄像头安装在云台装置上。

优选的是，本实用新型的云台装置上还安装惯性测量单元，惯性测量单元与监控摄像头之间为固定连接，惯性测量单元用于检测监控摄像头的三个轴向的加速度以及三个轴向的角速度，并输出监控摄像头的姿态偏移量以及位置偏移量。

优选的是，本实用新型的云台装置用于根据惯性测量单元输出的姿态偏移量以及位置偏移量进行位姿补偿，使得监控摄像头始终保持在原始视角。从而保证其拍摄的视频视角不会因为移动机器人的颠簸而出现震荡。

云台装置包含上平台和下平台，上平台和下平台分别为六边形结构；下平台位于固定板和下固定板之间；下平台的六个边间隔分布三组微型伺服电机，每组微型伺服电机为两个，微型伺服电机卡装在上固定板和下固定板的槽内；上平台的六个边间隔分布三组球头机构，每组球头机构为两个；上平台的外周长比下平台小；设置微型伺服电机的边与设置球头机构的边交错布置。

优选的是，本实用新型的上固定板和下固定板之间通过螺丝固定连接在一起。

优选的是，本实用新型任意一个微型伺服电机的输出轴固定连接一个摆臂，摆臂的另一端固定连接一个短杆，短杆的另外一端为第一球头机构。第一球头机构与支杆固定连接在一起，支杆的另一端与第二球头机构固定连接在一起。

实现六自由度自平衡的摄像头云台装置控制步骤如下：

Step1：读取惯性测量单元输出的三维位置变化量和三维姿态变化量；

Step2：根据六自由度并联机器人的逆运动学解算方法，计算出各个微型伺服电机的旋转角度变化量；

Step3：控制微型伺服电机进行运动，实现监控摄像头的六自由度自平衡。

除实现以上具备监控摄像头六自由度视角自平衡功能以外，也可以通过远程控制指令，改变监控摄像头的位姿，该云台装置能够实现监控摄像头位置和姿态六个自由度的调节，具有更好的视角灵活性。

本实用新型具有以下有益效果：一、该云台装置结构紧凑，采用并联结构，具有较好地负载能力；二、能够实时检测监控摄像头的位姿变化量，并通过云台装置实现偏移量的补偿。

附图说明

图1是本实用新型的云台装置安装于监控机器人的结构示意图；

图2是本实用新型的云台装置安装监控摄像头的结构示意图；

图3是本实用新型的云台装置整体结构示意图；

图4是本实用新型的云台装置上平台结构示意图；

图5是本实用新型的云台装置整体上下平台连接示意图；

图6是本实用新型的云台装置位姿偏移量检测示意图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型作进一步详细说明。

参见图1、图2所示，本实用新型的一种用于监控机器人的六自由度自平衡摄像头云台装置，云台装置3安装在移动机器人4的上表面上。监控摄像头1安装在云台装置3上。云台装置3上还安装惯性测量单元2，由于惯性测量单元2与监控摄像头1之间为固定连接，因为惯性测量单元2能够检测出监控摄像头1的三个轴向的加速度以及三个轴向的角速度，并且根据以上信息计算输出监控摄像头1的姿态偏移量以及位置偏移量。云台装置3能够根据惯性测量单元2输出的姿态偏移量以及位置偏移量进行位姿补偿，使得监控摄像头1始终保持在原始视角，从而保证其拍摄的视频视角不会因为移动机器人4的颠簸而出现震荡。

参见图3、图4所示，云台装置3主要包含上平台31和下平台32两个部分，其中下平台32为一个六边形结构，六个微型伺服电机304、305、306、307、308、309以两个一组间隔分布在下平台32的六边，并且由上固定板302和下固定板303夹在中间，微型伺服电机304、305、306、307、308、309卡装在上固定板302和下固定板303的槽内，上固定板302和下固定板303之间通过螺丝固定连接在一起。上平台31为一个六边形结构，其尺寸比下平台32小，六个球头机构314、315、316、317、318、319以两个一组间隔分布在上平台31的六边，其安装位置与下平台32的微型伺服电机304、305、306、307、308、309不在同一个边上。

参见图5所示，六个微型伺服电机304、305、306、307、308、309的输出轴连接方式均相同。以微型伺服电机305为例，微型伺服电机305的输出轴固定连接一个摆臂310，摆臂310的另一端固定连接一个短杆311，短杆311的另外一端为第一球头机构312。第一球头机构312与支杆313固定连接在一起，支杆313的另一端与第二球头机构314固定连接在一起。上平台31和下平台32之间具有六组以上机构。当微型伺服电机305摆动时，带动相应的支杆313运动，从而控制上平台31相对于下平台32运动。

参见图6所示，云台装置3的上平台31的上表面安装监控摄像头1，上平台31的下表面安装惯性测量单元2，因此，惯性测量单元2与监控摄像头1的位姿偏移量是相同的。实现六自由度自平衡的云台装置3的位姿偏移量控制步骤如下：

Step1：读取惯性测量单元2输出的三维位置变化量和三维姿态变化量；

Step2：根据六自由度并联机器人的逆运动学解算方法，计算出各个微型伺服电机304、305、306、307、308、309的旋转角度变化量；

Step3：控制微型伺服电机304、305、306、307、308、309进行运动，实现监控摄像头1的六自由度自平衡。

除实现以上具备监控摄像头1的六自由度视角自平衡功能以外，也可以通过远程控制指令，改变监控摄像头1的位姿，该云台装置3能够实现监控摄像头1位置和姿态六个自由度的调节，具有更好的视角灵活性。

本实用新型的云台装置结构紧凑，采用并联结构，具有较好地负载能力，可以搭载自重范围较宽的监控摄像头，能够实时检测监控摄像头的位姿变化量，并通过云台装置实现偏移量的补偿，保证监控摄像头的视角平衡。

Claims (4)

1.一种用于监控机器人的六自由度自平衡摄像头云台装置，其特征在于：云台装置（3）安装在移动机器人（4）的上表面上，监控摄像头（1）安装在云台装置（3）上；云台装置（3）上还安装惯性测量单元（2），惯性测量单元（2）与监控摄像头（1）之间为固定连接，惯性测量单元（2）用于检测监控摄像头（1）的三个轴向的加速度以及三个轴向的角速度，并输出监控摄像头（1）的姿态偏移量以及位置偏移量；云台装置（3）包含上平台（31）和下平台（32），上平台（31）和下平台（32）分别为六边形结构；下平台（32）位于固定板（302）和下固定板（303）之间；下平台（32）的六个边间隔分布三组微型伺服电机，每组微型伺服电机为两个，微型伺服电机卡装在上固定板（302）和下固定板（303）的槽内；上平台（31）的六个边间隔分布三组球头机构，每组球头机构为两个；上平台（31）的外周长比下平台（32）小；设置微型伺服电机的边与设置球头机构的边交错布置。

2.根据权利要求1所述的用于监控机器人的六自由度自平衡摄像头云台装置，其特征在于：上固定板（302）和下固定板（303）之间通过螺丝固定连接在一起。

3.根据权利要求1所述的用于监控机器人的六自由度自平衡摄像头云台装置，其特征在于：任意一个微型伺服电机的输出轴固定连接一个摆臂，摆臂的另一端固定连接一个短杆，短杆的另外一端为第一球头机构。

4.根据权利要求3所述的用于监控机器人的六自由度自平衡摄像头云台装置，其特征在于：第一球头机构与支杆固定连接在一起，支杆的另一端与第二球头机构固定连接在一起。

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