二自由度执行器驱动微型机器人眼球结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种机器人眼球结构，特别是一种二自由度执行器驱动微型机器人眼球结构。
【背景技术】
[0002]设计机器人的目的之一是为人类的生产实践活动服务，而利用人体工学给机器人配备眼睛，使其像人类和动物眼睛一样灵活协调地改变视线，快速准确地识别和跟踪目标，无疑能更好地将人类从纷繁的体力劳动中解放出来。由于机器人眼球的应用范围很广，除了智能机器人的眼睛，还可以用于智能监控、飞行跟踪、遥感操作等场合，因此仿人眼球结构的制造是智能自动化领域的重要课题之一。
[0003]目前国内外机器人眼球结构的研究中，为实现多自由度运动，大多需要给每一个自由度配备一台单自由度电机来完成驱动，且传动机构复杂。例如中国专利(公开号为CN101219279A)中为实现眼球的上下和左右转动，分别采用了两台电机和两套传动系统来实现，这种设计整个系统体积较大、机构复杂、眼球位姿控制精度较低、成本较高。美国专利(公开号为US2010271540A1)中为避免了由传动机构间干涉所造成的误差，采用一组连杆机构和一个弹性钢丝机构分别传递上下和左右转动，这种设计虽然提高了位姿控制精度，但体积仍然较大，整体结构也没有得到简化。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种二自由度执行器驱动微型机器人眼球结构，采用单个执行器实现眼球平稳的二自由度旋转运动。本发明具有结构简单、零部件少、易于小型化、定位精度高等特点，是机器人眼球、无人飞行器、智能监控等设备的视觉跟踪系统的理想解决方案。
[0005]为达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种二自由度执行器驱动微型机器人眼球结构，包括上半眼球壳，下半眼球壳，微型图像传感器，二自由度执行器，顶板，底板，弹簧，螺栓；所述顶板和底板通过螺栓连接，所述弹簧位于底板与四个螺栓的螺栓头之间，所述上半眼球壳与下半眼球壳连接成完整眼球壳体，上半眼球壳外表面与所述顶板中心孔球面接触，微型图像传感器安装在上半眼球壳的中心凹槽内，所述下半眼球壳与二自由度执行器通过螺钉固定连接，所述二自由度执行器底部与底板沿竖直方向具有一定的弹性接触力。
[0006]所述上半眼球壳的端面带有凸榫，下半眼球壳的端面带有凹槽，上半眼球壳的凸榫嵌在下半眼球壳的凹槽内，并使上、下半眼球壳连接在一起；上半眼球壳的上表面中心有凹槽，用于固定微型图像传感器；下半眼球壳的底部中心有通孔，通过螺钉将下半眼球壳和二自由度执行器连接在一起；上、下半眼球壳的内腔为空心结构，用于安置图传发射机和供电电池；上半眼球壳的表面中心凹槽的一侧有孔，以便于微型图像传感器与图传发射机的数据传输布线；下半眼球壳的一侧有孔，作为图传发射机与外部元器件接线用。
[0007]所述二自由度执行器由弹性金属体和压电陶瓷片组合而成，所述弹性金属体结构上方为正四棱柱，底部正方锥台的驱动足；所述压电陶瓷片分别贴附于金属体的四个侧面。
[0008]所述二自由度执行器与底板为弹性接触，预压力由底板与四个螺栓的螺栓头之间的弹簧提供。
[0009]本发明与现有技术相比较，具有如下突出实质性特点和显著优点:
本发明利用一个二自由度执行器驱动，不需要减速装置，不需要断电定位装置，即能实现眼球沿二个垂直方向的旋转运动，而且定位精度高，断电能自锁。整体结构简单、零部件少、质量轻、易于小型化，适用于机器人眼球、无人飞行器、智能监控等视觉跟踪系统。
【附图说明】
[0010]图1是二自由度执行器驱动微型机器人眼球结构立体图。
[0011]图2是眼球部件前视方向剖视图。
[0012]图3是眼球部件右视方向剖视图。
[0013]图4是二自由度执行器结构立体图。
[0014]图5是二自由度执行器压电陶瓷极化方向和激励信号示意图。
[0015]图6是二自由度执行器第一工作振动模态振型示意图。
[0016]图7是二自由度执行器第二工作振动模态振型示意图。
[0017]图8是二自由度执行器绕y轴旋转驱动示意图。
[0018]图9是二自由度执行器绕X轴旋转驱动示意图。
【具体实施方式】
[0019]以下结合附图对本发明的实施例作进一步的说明。
[0020]如图1所示，一种二自由度执行器驱动微型机器人眼球结构，包括上半眼球壳5，下半眼球壳6，微型图像传感器4，二自由度执行器7，顶板1，底板3，弹簧8，螺栓2 ;所述顶板1和底板3通过螺栓2连接，所述弹簧8位于底板3与四个螺栓2的螺栓头之间，所述上半眼球壳5与下半眼球壳6连接成完整眼球壳体，上半眼球壳5外表面与所述顶板1中心孔球面接触，微型图像传感器4安装在上半眼球壳5的中心凹槽内，所述下半眼球壳6与二自由度执行器7通过螺钉固定连接，所述二自由度执行器7底部与底板3沿竖直方向具有一定的弹性接触力。
[0021]如图2与图3所示，所述上半眼球壳5的端面带有凸榫，下半眼球壳6的端面带有凹槽，上半眼球壳5的凸榫嵌在下半眼球壳6的凹槽内，并使上、下半眼球壳连接在一起；上半眼球壳5的上表面中心有凹槽，用于固定微型图像传感器4 ;下半眼球壳6的底部中心有通孔，通过螺钉将下半眼球壳6和二自由度执行器7连接在一起；上、下半眼球壳的内腔为空心结构，用于安置图传发射机9和供电电池10 ;上半眼球壳5的表面中心凹槽的一侧有孔，以便于微型图像传感器4与图传发射机9的数据传输布线；下半眼球壳6的一侧有孔，作为图传发射机9与外部元器件接线用。
[0022]如图4所示，所述二自由度执行器7由弹性金属体11和压电陶瓷