專利名稱：仿生雙目球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及一種能模仿眼睛各種運(yùn)動(dòng)形式三自由度的仿生雙目球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
人類感知客觀世界90%以上的信息是通過眼睛獲得的。對(duì)機(jī)器人來說，“眼睛”也是一個(gè)重要的感知設(shè)備。當(dāng)今的機(jī)器人急切需要具備人眼諸多功能的仿生機(jī)器人眼。有了這樣的機(jī)器人眼，機(jī)器人視覺技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)將得到巨大的發(fā)展。國(guó)外研究的人很多，國(guó)內(nèi)目前還沒有多少人進(jìn)行這方面的研究.現(xiàn)在仿生眼的結(jié)構(gòu)有意大利的用四個(gè)電機(jī)通過繩子拉動(dòng)相機(jī)，相機(jī)固定在半圓殼中以及串聯(lián)機(jī)構(gòu)，加拿大的球面聯(lián)機(jī)構(gòu)、浙江大學(xué)用六個(gè)人工肌肉代替人類眼睛三對(duì)肌肉的結(jié)構(gòu)。上述三種結(jié)構(gòu)都存在各自的弊端第一種，繩子為彈性件，控制精度難以保證；第二種為串聯(lián)機(jī)構(gòu)，其中控制上下擺動(dòng)的電機(jī)所受的扭矩非常大，整個(gè)結(jié)構(gòu)剛度較差。 第三種球面并聯(lián)結(jié)構(gòu)，其工作空間是半錐角70度的圓錐形，自旋角為士30度，雖然其相應(yīng)速度很快，但整個(gè)結(jié)構(gòu)的尺寸非常大，并且相機(jī)凹進(jìn)去，前端四周突出，不適合人臉造型。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，針對(duì)以上問題，提供一種仿生雙目球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)以滿足下述的性能要求一、保證動(dòng)平臺(tái)的自由度和控制精度；二、滿足顛簸環(huán)境下的機(jī)械性能要求； 三、整體結(jié)構(gòu)尺寸適當(dāng)，保證較好的運(yùn)動(dòng)性能和運(yùn)動(dòng)空間。為了達(dá)到上述要求，本發(fā)明的構(gòu)思是
設(shè)計(jì)一種雙目球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)仿生眼睛包括雙眼底座、電機(jī)支座，微型伺服電機(jī) (EC45flat)、電機(jī)復(fù)位檢測(cè)電路、鐵片、下連桿、上連桿、眼球平臺(tái)、相機(jī)支架、微型攝像機(jī) (F-03IC)、眼球姿態(tài)傳感器(3DM-GX3-25)、雙眼底座姿態(tài)傳感器(Gladiator LMRK)及此傳感器支座。其特征在于雙眼底座上放置有兩套三個(gè)120度均布的電機(jī)支座，三個(gè)電機(jī)支座上分別各安裝一個(gè)微型伺服電機(jī)，此外還裝有電機(jī)復(fù)位檢測(cè)電路，三個(gè)微型伺服電機(jī)的輸出軸上分別與置于其上的下連桿一端面連接，并且該端面上裝有一鐵片用于電機(jī)復(fù)位檢測(cè)電路。三個(gè)下連桿另一端的孔內(nèi)分別安裝有兩個(gè)微型軸承，微型軸承通過轉(zhuǎn)軸與上連桿一端通孔相連；眼球平臺(tái)的球面設(shè)置有三個(gè)120度均布的孔，三個(gè)孔內(nèi)分別安裝有兩個(gè)微型軸承，眼球平臺(tái)上的微型軸承分別通過轉(zhuǎn)軸與上連桿另一端通孔連接。眼球平臺(tái)裝有相機(jī)支架，相機(jī)支架上眼球姿態(tài)傳感器(3DM-GX3-25)，相機(jī)(F-031C)裝在相機(jī)支架上。雙眼底座上裝有兩套三自由度球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)。雙眼底座姿態(tài)傳感器(Gladiator LMRK)裝在兩眼球中間，固定在雙眼底座上。根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種仿生雙目球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括雙眼底座、左眼、右眼和雙眼底座姿態(tài)傳感器，其特征在于
1)所述雙眼底座上放置有兩套三個(gè)120度均布的電機(jī)支座，該三個(gè)電機(jī)支座上分別各安裝一個(gè)微型伺服電機(jī)，此外還裝有一個(gè)電機(jī)復(fù)位檢測(cè)電路，該三個(gè)微型伺服電機(jī)的輸出軸上分別與置于其上的一根下連桿的一端面連接，并且該端面上裝有一鐵片用于安裝所述電機(jī)復(fù)位檢測(cè)電路；
2)所述三個(gè)下連桿另一端的孔內(nèi)分別安裝有兩個(gè)微型軸承，該兩個(gè)微型軸承支配的一根轉(zhuǎn)軸與一根上連桿一端通孔轉(zhuǎn)動(dòng)配合；一個(gè)眼球平臺(tái)的球面設(shè)置有三個(gè)120度均布的孔，該三個(gè)孔內(nèi)分別各安裝有兩個(gè)微型軸承，所述眼球平臺(tái)上的微型軸承支承的轉(zhuǎn)軸與所述上連桿另一端通孔轉(zhuǎn)動(dòng)配合。所述眼球平臺(tái)裝有一個(gè)相機(jī)支架和一個(gè)眼球姿態(tài)傳感器， 一個(gè)相機(jī)裝在所述相機(jī)支架上。 所述雙眼底座姿態(tài)傳感器采用采用Gladiator LMRK傳感器，所述眼球姿態(tài)傳感器采用3DM-GX3-25傳感器，所述相機(jī)采用F-031C相機(jī)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)
(1)三自由度球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作空間半錐角45度的圓錐形，能實(shí)現(xiàn)至少士20度。完全符合人眼的運(yùn)動(dòng)空間，并且尺寸適當(dāng)。(2)該球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的球心即旋轉(zhuǎn)中心，攝像頭成像點(diǎn)位于該機(jī)構(gòu)球心。(3)整體剛度大，運(yùn)動(dòng)性能較好，定位精度高，控制方便。


圖1 仿生雙目結(jié)構(gòu)示意圖。圖2 :三自由度球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)。圖3 單支路結(jié)構(gòu)示意圖。圖4:關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖。圖5 相機(jī)支架結(jié)構(gòu)示意圖。圖6 眼睛平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖。圖7 上連桿結(jié)構(gòu)示意圖。圖8 下連桿結(jié)構(gòu)示意圖。圖9 電機(jī)支座結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。實(shí)施例一
參加圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、圖9，本雙目球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)仿生眼睛包括雙眼底座(1)、電機(jī)支座(15)，微型伺服電機(jī)(EC45flat) (14)、電機(jī)復(fù)位檢測(cè)電路(13)、鐵片(12)、下連桿(11)、上連桿(10)、眼球平臺(tái)(8)、相機(jī)支架(7)、微型攝像機(jī) (F-031C) (6)、眼球姿態(tài)傳感器(3DM-GX3-25) (9)、雙眼底座姿態(tài)傳感器(Gladiator LMRK) (5)及此傳感器支架(4)。雙眼底座(1)上裝有兩套三自由度球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)(2、3)。雙眼底座姿態(tài)傳感器(Gladiator LMRK) (5)裝在兩眼球中間，通過傳感器支架(4)固定在雙眼底座(1)上。實(shí)施例二 本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處在于
三自由度球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)特征在于雙眼底座(1)上放置有兩套三個(gè)120度均布的電機(jī)支座(15)，三個(gè)電機(jī)支座(15)上分別各安裝一個(gè)微型伺服電機(jī)(14)，此外還裝有電機(jī)復(fù)位檢測(cè)電路(13)，三個(gè)微型伺服電機(jī)(14)的輸出軸上分別與置于其上的下連桿(11) 一端面連接，并且該端面上裝有一鐵片(12)用于電機(jī)復(fù)位檢測(cè)電路(13)。三個(gè)下連桿(11)另一端的孔內(nèi)分別安裝有兩個(gè)微型軸承(17)，微型軸承(17)通過轉(zhuǎn)軸與上連桿(10)—端通孔相連；眼球平臺(tái)(8)的球面設(shè)置有三個(gè)120度均布的孔，三個(gè)孔內(nèi)分別安裝有兩個(gè)微型軸承 (17)，眼球平臺(tái)(8)上的微型軸承(17)分別通過轉(zhuǎn)軸(16)與上連桿(10)另一端通孔連接。 眼球平臺(tái)(8 )裝有相機(jī)支架(7 )，相機(jī)支架(7 )上眼球姿態(tài)傳感器(3DM-GX3-25 ) (9 )，相機(jī) (F-031C) (6)裝在相機(jī)支架(7)上。

實(shí)施例三本實(shí)施例與實(shí)施例二基本相同，特別之處在于
鐵片(12)通過螺絲固定在下連桿(11)的下端面，下連桿(11)下端面固定在微型私服電機(jī)(14 )輸出軸上。在電機(jī)支座(15 )上裝有電機(jī)復(fù)位檢測(cè)電路(13 )，鐵片(12 )隨著電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)鐵片(12)轉(zhuǎn)到電機(jī)復(fù)位檢測(cè)電路(13)上方時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)復(fù)位。實(shí)施例四本實(shí)施例與實(shí)施例三基本相同，特別之處在于
下連桿(11)通過轉(zhuǎn)軸(16)與上連桿(10)相連，下連桿(11)上端與上連桿(10)下端中間隔有墊圈(18)。上連桿(11)通過轉(zhuǎn)軸(16)與眼睛平臺(tái)(8)相連，上連桿(11)上端面與眼睛平臺(tái)(8)間隔有墊圈(18)。
權(quán)利要求
1.一種仿生雙目球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括雙眼底座(1)、左眼(3)、右眼(2)和雙眼底座姿態(tài)傳感器(5)，其特征在于所述雙眼底座(1)上放置有兩套三個(gè)120度均布的電機(jī)支座(15)，該三個(gè)電機(jī)支座 (15)上分別各安裝一個(gè)微型伺服電機(jī)(14)，此外還裝有一個(gè)電機(jī)復(fù)位檢測(cè)電路(13)，該三個(gè)微型伺服電機(jī)(14)的輸出軸上分別與置于其上的一根下連桿(11)的一端面連接，并且該端面上裝有一鐵片(12 )用于安裝所述電機(jī)復(fù)位檢測(cè)電路(13 )；所述三個(gè)下連桿(11)另一端的孔內(nèi)分別安裝有兩個(gè)微型軸承(17)，該兩個(gè)微型軸承 (17)支配的一根轉(zhuǎn)軸與一根上連桿(10)—端通孔轉(zhuǎn)動(dòng)配合；一個(gè)眼球平臺(tái)(8)的球面設(shè)置有三個(gè)120度均布的孔，該三個(gè)孔內(nèi)分別各安裝有兩個(gè)微型軸承(17)，所述眼球平臺(tái)(8)上的微型軸承支承的轉(zhuǎn)軸與所述上連桿(10)另一端通孔轉(zhuǎn)動(dòng)配合；所述眼球平臺(tái)(8 )裝有一個(gè)相機(jī)支架(7 )和一個(gè)眼球姿態(tài)傳感器(9 )，一個(gè)相機(jī)(6 )裝在所述相機(jī)支架(7)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生雙目球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述雙眼底座姿態(tài)傳感器(5)采用Gladiator LMRK傳感器，所述眼球姿態(tài)傳感器(9)采用3DM-GX3-25傳感器，所述相機(jī)采用F-031C相機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明設(shè)計(jì)了一個(gè)仿生雙目球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)。包括雙眼底座、電機(jī)支座，微型伺服電機(jī)、電機(jī)復(fù)位檢測(cè)電路、下連桿、上連桿、眼球平臺(tái)、相機(jī)支架、微型攝像機(jī)、眼球姿態(tài)傳感器、雙眼底座姿態(tài)傳感器。雙眼底座裝有兩套球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)，雙眼底座姿態(tài)傳感器位于兩套機(jī)構(gòu)中，并固定在雙眼底座上。電機(jī)復(fù)位檢測(cè)電路以霍爾傳感器為檢測(cè)元件，以鐵片為檢測(cè)對(duì)象，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的復(fù)位。眼球姿態(tài)傳感器與雙眼底座姿態(tài)傳感器用于測(cè)得眼球相對(duì)雙眼底座的位置關(guān)系。球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)中各個(gè)旋轉(zhuǎn)軸均通過眼球球心。球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有三個(gè)自由度，由三個(gè)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并通過上下連桿傳遞運(yùn)動(dòng)得以實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)B25J19/04GK102198666SQ20111011612
公開日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2011年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月6日
發(fā)明者徐元玉, 繆金松, 羅均, 謝少榮, 郭其明, 金文俊 申請(qǐng)人:上海大學(xué)