专利名称：自动跟踪式头灯的制作方法
技术领域：
本发明是一种可自动控制转向的头灯。属于机电一体化产品，涉及机械自动化、无线数传、电子及三维设计制造领域。
背景技术：
随着人类的进步，对于某些特殊行业，需要一种按照操作者意愿可自动转向的头灯，普通头灯的转向需要用手进行调整，但有时却不允许，比如手术医生，手术过程中，决不允许用手触碰任何非无菌区，而外人调整很难达到所需的角度，此时操作者控制的方式可采用语音识别控制，光控，遥控，制造工程样机实际测试发现，最为稳定可靠的方式是遥控方式。接下来的困难就是重量和体积，显然，戴在头部的头灯如果太大、太重，相信不会有谁愿意使用，然而这种低速摆动的装置，在机械上想设计的很小很轻却有些困难。高功率的LED散热安全性也是个值得探讨的问题，毕竟这个热源离操作者太近了 ！遥控踏脚的功能如何设计？我们需要实现的功能包括向上、向下、停止、开灯、变光、关灯这些功能，如果每样功能用一个踏脚，那恐怕面前一堆踏脚，谁看了也会很茫然！有时我们还需要摄像功能，轻巧的微型摄像机往往没有显示屏，无法知道拍摄的范围，通过精确定位，拍摄投照区域将成为可能！也许因为存在这一系列的问题，这款高性能的头灯可望而不可及，目前市场上从未出现过类似理念的产品，这正是本人开发这款概念产品的源动力。
发明内容自动跟踪式头灯主要有以下几部分组成:无线单脚踏、主机电源、无线接收部分、(PU信号处理与控制部分、动力转换部分、散热灯头(图2)、各部件外壳组成，各部件外壳包括:固定板A (图5)、固定板B (图6)、头灯主机座(图3)、主机盖板(图4)、电池仓(图7)。其中无线单脚踏与主机通过无线信号连接，无线接收部分与主机电源及CPU信号处理与控制部分进行电连接，CPU信号处理与控制部分与动力转换部分电连接，散热灯头与头灯主机座外壳连接。为了更具可操作性，遥控踏脚采用无线单脚踏。在踩踏脚小于I秒时实现开灯、变光、关灯，持续踩脚踏I秒以上头灯才开始转动，松开脚踏头灯立刻停止。高效的散热对减轻重量和体积十分重要，因此，散热灯头的散热鳍片竖直排列，通过位于边缘的挂钩与头灯主机座连接。头灯主机座与散热灯头位于头部侧方，可将视线夹角控制到最小。设计固定板A与头灯主机座的结构布局，使头灯最高至水平位，最低至与水平位45度夹角位置，从而实现最佳摆动范围。
图1A为传统头灯，图1B为跟踪式头灯，图2为散热鳍片，图3为头灯主机座，图4为主机盖板，图5为固定板A，图6为固定板B，图7为电池仓，具体结构中:1是散热鳍，2是轴承座，3是摄像机座，4是定位柱a，5是压杆，6是撞杆，7是连接柱，8是定位柱b。
具体实施方式
本发明针对上述问题，专门开发出一种可以按照操作者意愿可随意转向的可摄像头灯。主要有以下几部分组成:无线单脚踏、主机电源、无线接收部分、CPU信号处理与控制部分、动力转换部分、散热灯头(图2)、各部件外壳组成，各部件外壳包括:固定板A (图5)、固定板B (图6)、头灯主机座(图3)、主机盖板(图4)、电池仓(图7)。为了实现更好的可视投照深度，我们采用了头灯放于侧方，平双眼的位置，从而减小了视线夹角，提高了可视投照深度，具体如下，传统头灯(图1A)置于顶部，主要是方便用手调节，由于很少用于深窄区域照射，可以不考虑与双眼的投射夹角问题，但对于需要照射又深又窄的区域，视线夹角的缩小，便显得更有意义，如果放在两眼的中间，势必会遮挡视线，而侧方的放置在有效的减小了视线夹角同时，并不会影响视线，跟踪式头灯(图1B)的视线夹角小于传统头灯(图1A)，投照的位置更深、更广。实现此结构的办法是头灯主机座(图3)、固定板A (图5)和内部电路组件及机械动力装置放在侧方，通过头带固定。主机盖板(图4)通过定位柱a (4)、压杆(5)与头灯主机座(图3)连接，而无需螺钉固定便可牢固结合，减轻了重量，其榫卯结构也使主板无需螺钉固定也能保持稳固。固定板B (图6)与电池仓(图7)通过定位柱b (8)与螺钉连接，分体的设计主要为了方便模具制造，连接处将有头带穿过。动力转换部分实现机械臂的低速摆动，通过微型减速电机作为动力部件，采用高效的微间隙轴杆直连技术，以减小体积及降低功率损耗，头灯主机座(图3)的轴承座(2)与固定板A (图5 )的连接柱(7 )通过轴承连接，使两者相互连接的同时可以相互转动，而连接柱(7)的D型孔还与微电机轴连接从而实现动力传递，旋转过程中，当固定板A (图5)的撞杆(6)碰触头灯主机座内的到位开关后转向，而向另外一个方向旋转时，微处理器运算判断转动的角度，确定返回点，如此往复，从而实现摆动。此部分为动力转换部分，头灯主机座(图3)通过轴承与固定板A连接，固定板A再与电机轴采用微间隙轴杆直连技术连接，这几部分相互嵌套且旋转轴线重叠，实现动力的平稳传递，避免了因制造公差导致的局部阻力增大问题。为了解决散热问题，我们将散热灯头(图2)与头灯主机座(图3)进行分体设计，散热灯头部分采用铝合金带散热片结构，基于控制重量和体积的需要，无法使用风扇，只能提高自身散热效率，散热鳍片(I)采用竖直排列，随着温度上升，空气顺着凹槽加快流动从而提高散热效率，通过散热鳍片(I)位于边缘的挂钩与头灯主机座(图3)连接，这样采用散热器边缘与头灯主机座进行连接的目的是，避免高温对注塑材料带来影响。LED铝基板用硅脂与铝合金灯头紧密接触，达到良好散热目的。通过实际测温，LED为3W时，连续工作2小时，温度不超过60度，由于固定板A (图5)的隔离，头部在任何时候都与图2散热灯头保持一定距离，热辐射不会对人造成影响，从而达到了安全可靠的使用要求。单踏脚全功能的实现需要些技巧，为了更具可操作性，采用了无线架构的单踏脚，功能实施如下，点踩实现开灯、变光、关灯，每点踩一次变化一次，依次循环。持续踩无线脚踏实现转向，当达到所需角度时，松开脚踏即停转。持续踩脚踏I秒以上头灯才开始转动，使操作者有足够时间反应，而松开脚踏头灯立刻停止，实现精确定位，称之为操控迟滞性。实践证明，采用具备操控迟滞性的产品进行控制动作，更具时效性和准确性，操作者更容易得心应手。其原因可能是人自身所造成，当人通过眼耳等感知某事物后，信号先传入大脑，然后大脑分析后发出指令控制手的动作，而这个过程需要几百毫秒甚至更长时间，而这种启动时滞后，停止时瞬时响应的模式弥补了人类的生理反应迟滞特点。无线接收部分采用带AGC的声表稳频接收电路，目的是防止接收的信号不稳定，我们知道，对于头灯操作者来说，无线脚踏与头灯的距离只要I米左右，如果不采用AGC控制增益，很容易出现信号堵塞，从而无法接收到有效信号，而操作者靠近操作操作台面时，金属结构的台面大大屏蔽或衰减了信号，从而导致接收信号弱而无法解码，因此自动增益控制十分必要。无线接收部分还需要尽可能少的输出杂波，因为对于电池供电来说，降低功耗比较重要，持续的杂波输出会导致单片机无法睡眠，始终处于被唤醒状态而白白浪费电倉泛。产品将结构与机械设计、动力传导、电子技术、无线控制、信息处理等有机结合在一起，最终实现其功能。结构上通过布局与定位，使摄像机插入坐槽后摄像范围正好位于投照区域，且随着头灯的转动而跟踪摄像，实现所见即所得；通过调整外部结构及控制电路，头灯投照角度设计为最高至水平位，最低至与水平位45度夹角位置，这比较符合实际手术投照范围。微处理器将无线接收获得的数据进行解码，分析出是开关灯还是转动头灯，进而控制动力装置，动力装置通过感应装置及微处理器的运算实现一定范围内的摆动，而一旦到位开关损坏，将出现闪灯提示，并停止转动，以保护电机及其他部件。具备散热功能的灯头，通过优化结构，细化连接方式，实现控制重量的高效散热。总之，通过机电一体化设计，使产品做到体积最小、最轻的情况下，实现按照操作者意愿控制大功率LED灯及灯头转向；通过特定的编码技术实现抗干扰，工作稳定的特点；通过与摄像机共用电源，实现超长的摄像时间。散热鳍片(I)纵向排列，挂钩位于两侧，以降低对注塑件的热传导。头灯主机座(图3)的轴承座(2)卡入轴承后与固定板A (图5)的连接柱(7)固定，使2个部件间只能够转动而不会分离，而电机的D型轴与固定板A (图5)的连接柱(7)内的D型孔匹配，用来动力传导，固定板A (图5)的撞杆(6)伸入头灯主机座(图3)中，当旋转至某个角度时，撞击到位开关，而进入反转。头灯主机座(图3)中的摄像机座(3)，用于插入微型摄像机，其中的定位装置，使插入的摄像机不会偏离目标。主机盖板(图4)通过定位柱a (4)与头灯主机座(图3)扦插连接，无需螺丝，主机盖板(图4)的压杆(5)防止主板的晃动。固定板B (图6)通过定位柱b (8)和螺钉与电池仓(图7)连接固定。产品采用3.7V的18650锂电池给头灯部分供电，保障持续照明数小时，而无线脚踏采用2032锂电池供电，显然无线脚踏耗电极小，不发射信号时，耗电为uA级，故未设电源开关。头灯部分无线接收电路获取信号后，将信号交给MCU处理，通过判断脉宽是否达到要求，决定是否读取全部信号，当正确读取有效信号后，进行解码，根据获得的数据，决定是开关LED灯操作，还是转动灯头操作，当到位开关故障时，头灯通过MCU判断错误信息，使头灯停转，并闪烁提示，防止持续撞击导致撞杆(6)或电机损坏。摄像机插入摄像机座(3)后，通过将引出线插入头灯主机座的电源插孔，获得续航能力，可以持续摄像数小时。产品包括电池及摄像机实际重量仅200克左右，可以长时间使用而无疲惫感。产品在手术中实际使用，术中可以随时调整照明角度，同时将手术实况实时记录下来，这些前所未闻的特殊功能，对一个外科医生来说极具诱惑。
权利要求1.一种自动跟踪式头灯，由以下几部分组成:无线单脚踏、主机电源、无线接收部分、(PU信号处理与控制部分、动力转换部分、散热灯头、各部件外壳，各部件外壳包括:固定板A、固定板B、头灯主机座、主机盖板、电池仓，其特征在于无线单脚踏与主机通过无线信号连接，无线接收部分与主机电源及CPU信号处理与控制部分进行电连接，CPU信号处理与控制部分与动力转换部分电连接，散热灯头与头灯主机座外壳连接。
2.根据权利要求1所述自动跟踪式头灯，其特征在于:遥控脚踏采用无线单脚踏。
3.根据权利要求1所述自动跟踪式头灯，其特征在于:散热灯头的散热鳍片竖直排列，通过位于边缘的挂钩与头灯主机座连接。
4.根据权利要求1所述自动跟踪式头灯，其特征在于:头灯主机座与散热灯头位于头部侧方。
5.根据权利要求1所述自动跟踪式头灯，其特征在于:固定板A与头灯主机座的结构布局，使头灯最高至水平位，最低至与水平位45度夹角位置。
专利摘要本实用新型公开了一种可自动控制转向的头灯。由以下几部分组成无线单脚踏、主机电源、无线接收部分、CPU信号处理与控制部分、动力转换部分、散热灯头、各部件外壳，各部件外壳包括固定板A、固定板B、头灯主机座、主机盖板、电池仓，无线单脚踏与主机通过无线信号连接，无线接收部分与主机电源及CPU信号处理与控制部分进行电连接，CPU信号处理与控制部分与动力转换部分电连接，散热灯头与头灯主机座外壳连接。产品结构上采用了头灯放于侧方，平双眼的位置，从而减小了视线夹角，提高了可视投照深度。采用了无线架构的单踏脚，点踩实现开灯、变光、关灯，持续踩无线脚踏实现转向，松开脚踏即停转，且具备操控迟滞性。
文档编号G03B15/05GK202938034SQ201220574228
公开日2013年5月15日 申请日期2012年11月2日 优先权日2012年11月2日
发明者张文玺, 沈建新 申请人:张文玺