一种机器人眼球运动装置的制作方法

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。

技术实现要素：

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。

技术特征：

技术总结
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。

技术研发人员：李恒宇;韩超;宋韬;饶进军;彭艳;谢少荣;罗均
受保护的技术使用者：上海大学
技术研发日：2017.03.15
技术公布日：2017.07.28