土工离心机用六自由度摄像头支座的制作方法

本发明属于土工离心机技术领域，具体涉及土工离心机用六自由度摄像头支座。

背景技术：

土工离心模型试验可为研究土工基础的性状提供直接的理论数据，对探索理论分析与经验观察的差异提供有力的帮助。通过离心模拟试验模拟隧洞开挖的施工过程，研究群洞隧道施工对地表沉降的影响,预测群洞隧道施工过程中地表沉降的空间分布形态，研究隧洞内支护压力与地层位移的关系以及土层稳定与破坏机理,并提出相应的支护土压力计算公式。土工离心机挖洞机械手是一类用于离心场下模拟隧道开挖的机载试验设备，挖洞机械手安装完毕后如图1所示。摄像头主要用于直观地观察和监控挖洞机械手在离心场下的工作状态，为了达到最佳的观测角度和最大的观察范围，摄像头自由度越多越好、摄像范围越大越好。

在土工离心模型试验领域，摄像头支座应用很广泛。常见的摄像头支座如图2所示，该支座通过将摄像头固定于具有一定仰角的支座上，可以达到一定的摄像范围。另一种摄像头支座如图3所示，该支座通过调整螺母和调节螺杆可调整摄像头沿z向移动、及绕z向旋转，进而调整摄像头的摄像范围。

传统摄像头支座的不足之处分别是：摄像头可调整的自由度少和摄像头的可摄像范围有限，进而只能采用多摄像头组合进行观测，导致安装结构组合困难并且需要花费大量的成本，以上情况急需进行改进。

技术实现要素：

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供土工离心机用六自由度摄像头支座。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

土工离心机用六自由度摄像头支座，包括固定在土工离心机本体上的底座，

包括可使摄像头沿z轴自由转动的z向调整机构；

包括可使摄像头沿y轴自由转动的y向旋转架；

包括可使摄像头沿x轴自由转动的x向平移机构；

z向调整机构的一固定端与底座固定连接，z向调整机构和y向平移机构通过z向旋转架连接，y向平移机构和y向旋转架连接，摄像头可转动的连接到x向平移机构上，x向平移机构固定在y向旋转架上。

具体地，z向调整机构包括z向调整螺杆、第一z向调整螺母和第二z向调整螺母，z向调整螺杆沿z轴向安装，z向调整螺杆的一端固定在底座上，第一z向调整螺母和第二z向调整螺母均套装在z向调整螺杆上。

进一步地，z向旋转架的第一端设置有圆孔，z向调整螺杆穿过圆孔设置，并且z向旋转架的第一端被夹装在第一z向调整螺母和第二z向调整螺母之间。

优选地，z向旋转架的第一端设置的圆孔直径大于z向调整螺杆的直径，小于第一z向调整螺母、第二z向调整螺母的外径。

具体地，y向平移机构包括y向平移架，y向旋转架包括两个转动盘、两个固定盘和环形的安装架，y向平移架的上端两侧分别连接一个固定盘，y向平移架的下端与z向旋转架的第二端连接，两个转动盘分别固定安装在安装架一端的两侧，两个转动盘外侧壁分别与两个固定盘的内侧壁贴合，转动盘上围绕其轴心设置有多个第四通孔，固定盘上对应转动盘上通孔的位置设置有圆弧形第三通孔，转动盘和固定盘通过多个y向旋转定位螺栓固定。

具体地，摄像头固定在x向旋转架上，x向旋转架上相对的两侧壁上均设置有转轴，x向平移机构包括两个相互平行设置的x向平移架，x向平移架的中部侧壁设置有可供转轴穿入并进行转动的凹槽，x向旋转架设置于两个x向平移架之间，且两个转轴分别置于两个x向平移架内，x向平移架上设置有多个与凹槽连通的螺孔，x向旋转定位螺钉旋入螺孔抵紧转轴。

具体地，在y向平移架上设置有2个相互平行的条形第一通孔，在z向旋转架上设置有两条相互平行的条形第五通孔，第一通孔和第五通孔大小形状相同；y向平移架和z向旋转架连接时，一个第一通孔和一个第五通孔贴合，多个y向平移定位螺栓分别穿过两个配套的第一通孔和第五通孔后旋紧锁定；y向平移架和z向旋转架相对滑动，摄像头在y轴方向移动。

具体地，安装架的x轴向的两条侧边上均设置有一个条形的第二通孔，两个第二通孔相互平行，在每个x向平移架的两端分别设置有一个z轴方向的第六通孔；两个x向平移架可在安装架的x轴向的两条侧边上滑动，且每个第六通孔始终与一个第二通孔连通，摄像头在x轴方向移动，通过四个x向平移定位螺栓穿过连接的第六通孔和第二通孔后旋紧锁定。

本发明的有益效果在于：

本发明土工离心机用六自由度摄像头支座，通过六个自由度摄像头支座使得摄像头在每个方位都可以进行调整，从而有利于找到最佳的观察角度；六自由度摄像头支座使得摄像头的观测范围大大增加。

附图说明

图1是挖洞机械手安装完毕结构示意图；

图2是常见摄像头支座的第一种安装结构示意图；

图3是常见摄像头支座的第二种安装结构示意图；

图4是本发明土工离心机用六自由度摄像头支座的结构示意图；

图5是本发明中x向平移机构的结构示意图；

图6是本发明中y向旋转架的结构示意图。

图中：1-底座、2-z向调整机构、21-z向调整螺杆、22-第一z向调整螺母、23-第二z向调整螺母、3-z向旋转架、4-y向平移机构、41-y向平移架、42-第一通孔、5-y向旋转架、51-转动盘、52-固定盘、53-y向旋转定位螺栓、54-安装架、55-第二通孔、56-第三通孔、6、摄像头、7-x向平移机构、71-x向平移架、72-x向旋转定位螺钉、8-x向旋转架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图4、图5和图6所示，自定义x、y、z轴，土工离心机用六自由度摄像头6支座，包括固定在土工离心机本体上的底座1，包括可使摄像头6沿z轴自由转动的z向调整机构2；包括可使摄像头6沿y轴自由转动的y向旋转架5；包括可使摄像头6沿x轴自由转动的x向平移机构7；z向调整机构2的一固定端与底座1固定连接，z向调整机构2和y向平移机构4通过z向旋转架3连接，y向平移机构4和y向旋转架5连接，摄像头6可转动的连接到x向平移机构7上，x向平移机构7固定在y向旋转架5上。

z向调整机构2包括z向调整螺杆21、第一z向调整螺母22和第二z向调整螺母23，z向调整螺杆21沿z轴向安装，z向调整螺杆21的一端固定在底座1上，第一z向调整螺母22和第二z向调整螺母23均套装在z向调整螺杆21上。

z向旋转架3的第一端设置有圆孔，z向调整螺杆21穿过圆孔设置，并且z向旋转架3的第一端被夹装在第一z向调整螺母22和第二z向调整螺母23之间。

z向旋转架3的第一端设置的圆孔直径大于z向调整螺杆21的直径，小于第一z向调整螺母22、第二z向调整螺母23的外径。

y向平移机构4包括y向平移架41，y向旋转架5包括两个转动盘51、两个固定盘52和环形的安装架54，y向平移架41的上端两侧分别连接一个固定盘52的下端，y向平移架41的下端与z向旋转架3的第二端连接，两个转动盘51分别固定安装在安装架54一端的两侧，两个转动盘51外侧壁分别与两个固定盘52的内侧壁贴合，转动盘51上围绕其轴心设置有多个第四通孔，固定盘52上对应转动盘51上通孔的位置设置有圆弧形第三通孔56，转动盘51和固定盘52通过多个y向旋转定位螺栓53固定。

摄像头6固定在x向旋转架8上，x向旋转架8上相对的两侧壁上均设置有转轴，x向平移机构7包括两个相互平行设置的x向平移架71，x向平移架71的中部侧壁设置有可供转轴穿入并进行转动的凹槽，x向旋转架8设置于两个x向平移架71之间，且两个转轴分别置于两个x向平移架71内，x向平移架71上设置有多个与凹槽连通的螺孔，x向旋转定位螺钉72旋入螺孔抵紧转轴。

在y向平移架41上设置有2个相互平行的条形第一通孔42，在z向旋转架3上设置有两条相互平行的条形第五通孔，第一通孔42和第五通孔大小形状相同；y向平移架41和z向旋转架3连接时，一个第一通孔42和一个第五通孔贴合，多个y向平移定位螺栓分别穿过两个配套的第一通孔42和第五通孔后旋紧锁定；y向平移架41和z向旋转架3相对滑动，摄像头6在y轴方向移动。

安装架54的x轴向的两条侧边上均设置有一个条形的第二通孔55，两个第二通孔55相互平行，在每个x向平移架71的两端分别设置有一个z轴方向的第六通孔；两个x向平移架71可在安装架54的x轴向的两条侧边上滑动，且每个第六通孔始终与一个第二通孔55连通，摄像头6在x轴方向移动，通过四个x向平移定位螺栓穿过连接的第六通孔和第二通孔55后旋紧锁定。

x轴向旋转自由度的实现：

x向旋转架8设置于两个x向平移架71之间，x向旋转架8依靠转轴相对于两个x向平移架71转动，当旋转至需要方位后，通过x向旋转定位螺钉72可将x向旋转架8位置固定，从而实现摄像头6绕x轴向的旋转自由度。

y轴向旋转自由度的实现：

固定盘52上设计了圆弧形第三通孔56，转动盘51上设计了多个定位用的第四通孔，转动盘51绕圆弧形第三通孔56中轴线旋转一定方位后，通过多个y向旋转定位螺栓53定位，由此实现了摄像头6绕y轴向的旋转自由度。在本发明中y向旋转定位螺栓53至少为3个，确保了定位的可靠性。本发明优选地，当圆弧形第三通孔56的两端极限位置处均正对一个第四通孔时，第三通孔56是共与5个第四通孔连通。

z轴向旋转自由度的实现：

z向旋转架3的第一端夹装在第一z向调整螺母22和第二z向调整螺母23之间，z向调整螺杆21沿z轴向安装；在调整之前，将第一z向调整螺母22和第二z向调整螺母23沿z向调整螺杆21旋至想要的位置，确定了摄像头6的竖向高度，之后再将z向旋转架3绕z向调整螺杆21转动，确定了摄像头6的位置后，再用第一z向调整螺母22和第二z向调整螺母23旋转夹紧z向旋转架3，由此实现了摄像头6绕z轴向的旋转自由度。

此外y向平移架41和z向旋转架3可以相对滑动，之后通过多个y向平移定位螺栓固定，由此实现了摄像头6沿y向平移架41与z向旋转架3之间相对移动方向的移动。

此外x向平移架71和安装架54可以相对滑动，之后四个x向平移定位螺栓穿过连接的第六通孔和第二通孔55后旋紧锁定，由此实现了摄像头6沿x向平移架71与安装架54之间相对移动方向的移动。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。