CN106985162A - 一种机器人眼球运动装置 - Google Patents

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韩超
宋韬
饶进军
彭艳
谢少荣
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Abstract

本发明公开了一种机器人眼球运动装置，包括动力装置，传动机构和固定支撑机构三部分。通过大、小偏心盘电机带动大、小偏心盘的转动，实现传动轴二自由度的移动；通过传动轴电机驱动传动轴自转，实现摄像头具有三自由度；通过相应的编码器分别测得电机转过的角度，精确计算摄像头的位置和姿态，反馈给控制系统，从而实现摄像头的闭环控制。本发明机械结构简单，运动平稳可靠，整体占用空间比较小。本发明可以实时监测和控制摄像头的位姿，极大地扩展了视野，应用范围广。

Description

一种机器人眼球运动装置
技术领域
本发明涉及机器人视觉导航与监测监控领域，特别是一种机器人眼球运动装置。
背景技术
机器人代替人类在地面/地下、水面/水下、空中/太空进行作业是科技服务人类的典型体现。在这样的非结构环境中，人类感知客观世界80％以上的信息都是通过眼睛获得的，对机器人来说，“眼睛”也毋庸置疑地是一种感知机体。因此，在上述非结构环境中作业的机器人几乎都装有机器视觉系统。但是，由于陆海空机器人（例如：小型无人旋翼飞行器、地面移动侦查/排爆机器人、水下机器人）的运动环境（例如：移动机器人地面颠簸，水下机器人受浪涌、水流干扰）、自身姿态变化和机体振动（例如：旋翼机空中振动）等的影响，使得现有机器人视觉系统难以满足这些振动、颠簸环境中的应用要求，往往会出现跟踪视频图像的跳动、图像模糊以及跟踪目标的丢失等问题。在机器人共性技术的研究中，仿生技术日益受到关注。人眼具有许多特殊的自然功能，如两眼只能注视和跟踪同一目标，能补偿因头部运动引起的视线偏移，能快速切换视线注视的目标，能使视线平滑地跟踪目标，能跟踪高速运动的物体等，这些功能是由眼球运动中不同的运动形式实现的。当今的机器人迫切需要具备人眼诸多特殊功能的机器人眼。有了这样的机器人眼，机器人视觉技术乃至机器人产业将发生一个大的飞跃，对现有的许多产业也将产生深远的影响。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种机器人眼球运动装置。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种机器人眼球运动装置，包括动力装置，传动机构和固定支撑机构三部分；所述动力装置包括大偏心盘电机、小偏心盘电机、传动轴电机以及三个安装在相应电机上的编码器；所述传动机构包括大偏心盘电机齿轮、大偏心盘内齿圈、大偏心盘、小偏心盘电机齿轮、小偏心盘齿轮、大偏心盘滚针轴承、小偏心盘滚针轴承、小偏心盘、小偏心盘球轴承、传动轴、传动轴齿轮、传动轴电机齿轮、下外壳球轴承、摄像头；所述固定支撑机构包括上外壳盖、上外壳、三根螺柱、传动轴电机上固定板、传动轴电机下固定板、锁紧螺母、锁紧螺栓、下外壳；所述大偏心盘通过大偏心盘滚针轴承安装在上外壳中，大偏心盘内齿圈与大偏心盘通过螺钉紧固在一起，大偏心盘电机齿轮安装在大偏心盘电机上，大偏心盘电机齿轮与大偏心盘内齿圈啮合，通过大偏心盘电机驱动大偏心盘电机齿轮，从而驱动大偏心盘内齿圈，实现大偏心盘偏心轴的转动；所述小偏心盘通过小偏心盘滚针轴承安装于大偏心盘的偏心轴位置，小偏心盘齿轮与小偏心盘通过螺钉固连，小偏心盘电机齿轮安装在小偏心盘电机上，并且与小偏心盘齿轮啮合，小偏心盘电机齿轮的轴线与大偏心盘的轴线重合，实现小偏心盘在以大偏心盘的轴线为圆心的圆内移动；所述传动轴电机通过传动轴电机上固定板、传动轴电机下固定板、锁紧螺母、锁紧螺栓固连在传动轴上，传动轴电机齿轮安装在传动轴电机上，并且与传动轴齿轮啮合，传动轴齿轮与传动轴铸造在一起，通过传动轴电机间接驱动传动轴，所述传动轴一端与小偏心盘的偏心轴处的小偏心盘球轴承相连，另一端与下外壳中心处的下外壳球轴承连接，传动轴末端连接摄像头；所述大偏心盘电机、小偏心盘电机通过上外壳盖上的凹槽定位，上外壳盖通过螺栓与上外壳连接定位，上外壳与下外壳之间通过三根螺柱定位固定；通过大、小偏心盘电机带动大、小偏心盘的转动，实现传动轴二自由度的移动；通过传动轴电机驱动传动轴自转，实现摄像头具有三自由度；通过相应的编码器分别测得电机转过的角度，精确计算摄像头的位置和姿态，反馈给控制系统，从而实现摄像头的闭环控制。
本发明与现有技术相比较，具有显而易见的特点和优点：
本发明机械结构简单，运动平稳可靠，整体占用空间比较小。本发明可以实时监测和控制摄像头的位姿，极大地扩展了视野，应用范围广。
附图说明
图1是本发明一个实施例的轴测图。
图2是图1的爆炸视图。
图3是图1中上外壳中的齿轮啮合图。
图4是图1中传动轴的齿轮啮合图。
具体实施方式
本发明的优选实施例结合附图详述如下：
参考图1～图4，一种机器人眼球运动装置，包括动力装置，传动机构和固定支撑机构三部分；所述动力装置包括大偏心盘电机Ⅰ-1、小偏心盘电机Ⅰ-2、传动轴电机Ⅰ-3以及三个安装在相应电机上的编码器Ⅰ-1-1、Ⅰ-2-1、Ⅰ-3-1；所述传动机构包括大偏心盘电机齿轮Ⅲ-3、大偏心盘内齿圈Ⅲ-4、大偏心盘Ⅲ-5、小偏心盘电机齿轮Ⅲ-1、小偏心盘齿轮Ⅲ-2、大偏心盘滚针轴承Ⅲ-6、小偏心盘滚针轴承Ⅲ-7、小偏心盘Ⅲ-8、小偏心盘球轴承Ⅲ-9、传动轴Ⅲ-10、传动轴齿轮Ⅲ-11、传动轴电机齿轮Ⅲ-12、下外壳球轴承Ⅲ-13、摄像头Ⅲ-14；所述固定支撑机构包括上外壳盖Ⅱ-1、上外壳Ⅱ-2、三根螺柱Ⅱ-3-1、Ⅱ-3-2、Ⅱ-3-3、传动轴电机上固定板Ⅱ-7、传动轴电机下固定板Ⅱ-8、锁紧螺母Ⅱ-4、锁紧螺栓Ⅱ-5、下外壳Ⅱ-6；所述大偏心盘Ⅲ-5通过大偏心盘滚针轴承Ⅲ-6安装在上外壳Ⅱ-2中，大偏心盘内齿圈Ⅲ-4与大偏心盘Ⅲ-5通过螺钉紧固在一起，大偏心盘电机齿轮Ⅲ-3安装在大偏心盘电机Ⅰ-1上，大偏心盘电机齿轮Ⅲ-3与大偏心盘内齿圈Ⅲ-4啮合，通过大偏心盘电机Ⅰ-1驱动大偏心盘电机齿轮Ⅲ-3，从而驱动大偏心盘内齿圈Ⅲ-4，实现大偏心盘Ⅲ-5偏心轴的转动；所述小偏心盘Ⅲ-8通过小偏心盘滚针轴承Ⅲ-7安装于大偏心盘Ⅲ-5的偏心轴位置，小偏心盘齿轮Ⅲ-2与小偏心盘Ⅲ-8通过螺钉固连，小偏心盘电机齿轮Ⅲ-1安装在小偏心盘电机Ⅰ-2上，并且与小偏心盘齿轮Ⅲ-2啮合，小偏心盘电机齿轮Ⅲ-1的轴线与大偏心盘Ⅲ-5的轴线重合，实现小偏心盘Ⅲ-8在以大偏心盘Ⅲ-5的轴线为圆心的圆内移动；所述传动轴电机Ⅰ-3通过传动轴电机上固定板Ⅱ-7、传动轴电机下固定板Ⅱ-8、锁紧螺母Ⅱ-4、锁紧螺栓Ⅱ-5固连在传动轴Ⅲ-10上，传动轴电机齿轮Ⅲ-12安装在传动轴电机Ⅰ-3上，并且与传动轴齿轮Ⅲ-11啮合，传动轴齿轮Ⅲ-11与传动轴Ⅲ-10铸造在一起，通过传动轴电机Ⅰ-3间接驱动传动轴Ⅲ-10，所述传动轴Ⅲ-10一端与小偏心盘Ⅲ-8的偏心轴处的小偏心盘球轴承Ⅲ-9相连，另一端与下外壳Ⅱ-6中心处的下外壳球轴承Ⅲ-13连接，传动轴Ⅲ-10末端连接摄像头Ⅲ-14；所述大偏心盘电机Ⅰ-1、小偏心盘电机Ⅰ-2通过上外壳盖Ⅱ-1上的凹槽定位，上外壳盖Ⅱ-1通过螺栓与上外壳Ⅱ-2连接定位，上外壳Ⅱ-2与下外壳Ⅱ-6之间通过三根螺柱Ⅱ-3-1、Ⅱ-3-2、Ⅱ-3-3定位固定；通过大、小偏心盘电机Ⅰ-1、Ⅰ-2带动大、小偏心盘Ⅲ-5、Ⅲ-8的转动，实现传动轴Ⅲ-10二自由度的移动；通过传动轴电机Ⅰ-3驱动传动轴Ⅲ-10自转，实现摄像头Ⅲ-14具有三自由度；通过相应的编码器Ⅰ-1-1、Ⅰ-2-1、Ⅰ-3-1分别测得电机转过的角度，精确计算摄像头Ⅲ-14的位置和姿态，反馈给控制系统，从而实现摄像头Ⅲ-14的闭环控制。

Claims (1)

1.一种机器人眼球运动装置，包括动力装置，传动机构和固定支撑机构三部分；其特征在于：所述动力装置包括大偏心盘电机（Ⅰ-1）、小偏心盘电机（Ⅰ-2）、传动轴电机（Ⅰ-3）以及三个安装在相应电机上的编码器（Ⅰ-1-1、Ⅰ-2-1、Ⅰ-3-1）；所述传动机构包括大偏心盘电机齿轮（Ⅲ-3）、大偏心盘内齿圈（Ⅲ-4）、大偏心盘（Ⅲ-5）、小偏心盘电机齿轮（Ⅲ-1）、小偏心盘齿轮（Ⅲ-2）、大偏心盘滚针轴承（Ⅲ-6）、小偏心盘滚针轴承（Ⅲ-7）、小偏心盘（Ⅲ-8）、小偏心盘球轴承（Ⅲ-9）、传动轴（Ⅲ-10）、传动轴齿轮（Ⅲ-11）、传动轴电机齿轮（Ⅲ-12）、下外壳球轴承（Ⅲ-13）、摄像头（Ⅲ-14）；所述固定支撑机构包括上外壳盖（Ⅱ-1）、上外壳（Ⅱ-2）、三根螺柱（Ⅱ-3-1、Ⅱ-3-2、Ⅱ-3-3）、传动轴电机上固定板（Ⅱ-7）、传动轴电机下固定板（Ⅱ-8）、锁紧螺母（Ⅱ-4）、锁紧螺栓（Ⅱ-5）、下外壳（Ⅱ-6）；所述大偏心盘（Ⅲ-5）通过大偏心盘滚针轴承（Ⅲ-6）安装在上外壳（Ⅱ-2）中，大偏心盘内齿圈（Ⅲ-4）与大偏心盘（Ⅲ-5）通过螺钉紧固在一起，大偏心盘电机齿轮（Ⅲ-3）安装在大偏心盘电机（Ⅰ-1）上，大偏心盘电机齿轮（Ⅲ-3）与大偏心盘内齿圈（Ⅲ-4）啮合，通过大偏心盘电机（Ⅰ-1）驱动大偏心盘电机齿轮（Ⅲ-3），从而驱动大偏心盘内齿圈（Ⅲ-4），实现大偏心盘（Ⅲ-5）偏心轴的转动；所述小偏心盘（Ⅲ-8）通过小偏心盘滚针轴承（Ⅲ-7）安装于大偏心盘（Ⅲ-5）的偏心轴位置，小偏心盘齿轮（Ⅲ-2）与小偏心盘（Ⅲ-8）通过螺钉固连，小偏心盘电机齿轮（Ⅲ-1）安装在小偏心盘电机（Ⅰ-2）上，并且与小偏心盘齿轮（Ⅲ-2）啮合，小偏心盘电机齿轮（Ⅲ-1）的轴线与大偏心盘（Ⅲ-5）的轴线重合，实现小偏心盘（Ⅲ-8）在以大偏心盘（Ⅲ-5）的轴线为圆心的圆内移动；所述传动轴电机（Ⅰ-3）通过传动轴电机上固定板（Ⅱ-7）、传动轴电机下固定板（Ⅱ-8）、锁紧螺母（Ⅱ-4）、锁紧螺栓（Ⅱ-5）固连在传动轴（Ⅲ-10）上，传动轴电机齿轮（Ⅲ-12）安装在传动轴电机（Ⅰ-3）上，并且与传动轴齿轮（Ⅲ-11）啮合，传动轴齿轮（Ⅲ-11）与传动轴（Ⅲ-10）铸造在一起，通过传动轴电机（Ⅰ-3）间接驱动传动轴（Ⅲ-10），所述传动轴（Ⅲ-10）一端与小偏心盘（Ⅲ-8）的偏心轴处的小偏心盘球轴承（Ⅲ-9）相连，另一端与下外壳（Ⅱ-6）中心处的下外壳球轴承（Ⅲ-13）连接，传动轴（Ⅲ-10）末端连接摄像头（Ⅲ-14）；所述大偏心盘电机（Ⅰ-1）、小偏心盘电机（Ⅰ-2）通过上外壳盖（Ⅱ-1）上的凹槽定位，上外壳盖（Ⅱ-1）通过螺栓与上外壳（Ⅱ-2）连接定位，上外壳（Ⅱ-2）与下外壳（Ⅱ-6）之间通过三根螺柱（Ⅱ-3-1、Ⅱ-3-2、Ⅱ-3-3）定位固定；通过大、小偏心盘电机（Ⅰ-1、Ⅰ-2）带动大、小偏心盘（Ⅲ-5、Ⅲ-8）的转动，实现传动轴（Ⅲ-10）二自由度的移动；通过传动轴电机（Ⅰ-3）驱动传动轴（Ⅲ-10）自转，实现摄像头（Ⅲ-14）具有三自由度；通过相应的编码器（Ⅰ-1-1、Ⅰ-2-1、Ⅰ-3-1）分别测得电机转过的角度，精确计算摄像头（Ⅲ-14）的位置和姿态，反馈给控制系统，从而实现摄像头（Ⅲ-14）的闭环控制。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108582088A (zh) * 2017-09-15 2018-09-28 广东电网有限责任公司清远供电局 一种适用于配电网开关柜的辅助操作装置
CN111285066A (zh) * 2020-03-13 2020-06-16 集美大学 一种物料转位轮装置

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