一种换刀机器人末端执行机构用图像采集机构的制作方法

本实用新型涉及盾构换刀机器人技术领域，特别是指一种换刀机器人末端执行机构用图像采集机构。

背景技术：

全断面掘进机施工过程中刀具消耗大、更换频繁，现有技术中经常是人工换刀，而人工换刀作业难度大，效率低，而且极易发生安全事故。为保证施工人员的人身安全，避免繁琐的人工换刀，提高换刀效率，节省物力和财力，用换刀机器人代替人工进行盾构机换刀成为目前的一项研究课题。

但是现阶段对换刀机器人的研究较少，尤其是换刀机器人末端执行机构，现有的末端执行机构在动作时，摄像设备自身运动不灵活，不易对焦，进而不能很好的进行图像采集。此外现有摄像设备与末端执行机构进行同步运动，致使图像采集的范围受限，影响换刀效率。

技术实现要素：

针对上述背景技术中的不足，本实用新型提出一种换刀机器人末端执行机构用图像采集机构，解决了现有技术中换刀机器人末端执行机构图像采集范围受限的问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种换刀机器人末端执行机构用图像采集机构，包括摄像机和多自由度调节平台，摄像机通过旋转机构设置在多自由度调节平台的上部，所述多自由度调节平台包括定平台和动平台，定平台和动平台之间设有摆动升降机构，摆动升降机构带动动平台摆动和升降。

所述摆动升降机构包括伸缩件和中心柱，中心柱固定垂直设置在动平台的下部，且位于动平台的中心位置，所述定平台上固定设有轴套，中心柱的下部位于轴套内；伸缩件的两端分别与定平台和动平台铰接，且伸缩件位于中心柱的四周。

所述伸缩件的上端通过球铰接与动平台铰接，伸缩件的上端通过轴铰接与定平台铰接。

所述轴铰接包括上u型座和下u型座，上u型座固定设置在伸缩件的下部，下u型座固定设置在定平台上，上u型座通过连接轴与下u型座铰接。

所述伸缩件包括套杆、活动臂和气动组件，活动臂套设在套杆内部，气动组件固定设置在套杆的外壁上，气动组件为套杆的移动提供动力。

所述伸缩件设有四个，四个伸缩件等角度设置在定平台和动平台之间。

所述旋转机构包括齿轮盘和小电机，齿轮盘转动设置在定平台上，小电机固定设置在定平台上，小电机带动齿轮盘转动，摄像机安装在齿轮盘上。

本实用新型采用多自由度调节平台和旋转机构配合使用，多自由度调节平台能带动摄像机摆动和升降；旋转机构带动摄像机进行周向转动；实现摄像机自身位置和角度的调节，便于快速对焦，叠加换刀机器人末端执行机构的运动，满足多自由度调节摄像位置，增大图像采集的范围，提高了换刀机器人换刀安全系数和换刀效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型整体结构示意图。

图2为本实用新型多自由度调节平台结构示意图。

图3为本实用新型多自由度调节平台侧视示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1，如图1所示，一种换刀机器人末端执行机构用图像采集机构，包括摄像机1和多自由度调节平台2，摄像机1通过旋转机构3设置在多自由度调节平台2的上部，多自由度调节平台能带动摄像机摆动和升降，旋转机构带动摄像机转动，配合使用实现其自身位置和角度的调节。所述多自由度调节平台2包括定平台201和动平台202，定平台201固定设置在换刀机器人末端执行机构上，摄像机安装在动平台上，定平台201和动平台202之间设有摆动升降机构，摆动升降机构带动动平台202摆动和升降。即在摆动升降机构的作用下，动平台可倾斜摆动和升降，使上部的摄像机自身转动，便于快速对焦，且不仅限于换刀机器人末端执行机构的运动，增大图像采集的范围。

优选地，如图2所示，所述摆动升降机构包括伸缩件203和中心柱204，中心柱204固定垂直设置在动平台202的下部，且位于动平台202的中心位置，伸缩件203有多个且设置在动平台的外圆周上。所述定平台201上固定设有轴套205，中心柱204的下部位于轴套205内，中心柱204的下部可在轴套中上下滑动和转动，用于随动支撑动平台。中心柱用于对动平台的支撑，伸缩件203的两端分别与定平台201和动平台202铰接，且伸缩件203位于中心柱204的四周。伸缩件可以有多个，通过不同位置的伸缩件的伸缩，实现动平台倾斜度、倾斜方向的调节和高度的调节，使动平台上的摄像机运动更灵活，便于快速对焦和图像采集。

实施例2，如图3所示，一种换刀机器人末端执行机构用图像采集机构，所述伸缩件203的上端通过球铰接206与动平台202铰接，伸缩件203的上端通过轴铰接207与定平台201铰接。所述伸缩件203设有四个，四个伸缩件203等角度设置在定平台201和动平台202之间。中心柱形成中部支撑，四个伸缩件配合使用，通过不同伸缩件伸出高度的调节，实现动平台倾斜度和高度调节。

进一步，所述轴铰接207包括上u型座7-1和下u型座7-2，上u型座7-1固定设置在伸缩件203的下部，下u型座7-2固定设置在定平台201上，上u型座7-1通过连接轴7-3与下u型座7-2铰接，实现伸缩件与定平台铰接的同时，实现其铰接的稳定性。所述伸缩件203包括套杆3-1、活动臂3-2和气动组件3-3，活动臂3-2套设在套杆3-1内部，气动组件3-3固定设置在套杆3-1的外壁上，气动组件3-3为套杆3-1的移动提供动力。气动组件产生驱动力，使得活动臂在套杆内直线运动，由于四个气动组件并联安装，调节四个气动组件内部的充气压力，可控制四个活动臂的伸缩长度，调节精度更高。

优选地，所述旋转机构3包括齿轮盘301和小电机302，齿轮盘301转动设置在定平台201上，即齿轮盘通过轴承设置在动平台的支撑轴上，实现齿轮盘的转动。小电机302固定设置在定平台201上，小电机302通过齿轮带动齿轮盘301转动，摄像机1安装在齿轮盘301上，进而实现摄像机自身的周向远动，增大图像采集范围和图像采集的灵活性。

其他结构与实施例1相同。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：

1.一种换刀机器人末端执行机构用图像采集机构，其特征在于：包括摄像机（1）和多自由度调节平台（2），摄像机（1）通过旋转机构（3）设置在多自由度调节平台（2）的上部，所述多自由度调节平台（2）包括定平台（201）和动平台（202），定平台（201）和动平台（202）之间设有摆动升降机构，摆动升降机构带动动平台（202）摆动和升降。

2.根据权利要求1所述的换刀机器人末端执行机构用图像采集机构，其特征在于：所述摆动升降机构包括伸缩件（203）和中心柱（204），中心柱（204）固定垂直设置在动平台（202）的下部，且位于动平台（202）的中心位置，所述定平台（201）上固定设有轴套（205），中心柱（204）的下部位于轴套（205）内；伸缩件（203）的两端分别与定平台（201）和动平台（202）铰接，且伸缩件（203）位于中心柱（204）的四周。

3.根据权利要求2所述的换刀机器人末端执行机构用图像采集机构，其特征在于：所述伸缩件（203）的上端通过球铰接（206）与动平台（202）铰接，伸缩件（203）的上端通过轴铰接（207）与定平台（201）铰接。

4.根据权利要求3所述的换刀机器人末端执行机构用图像采集机构，其特征在于：所述轴铰接（207）包括上u型座（7-1）和下u型座（7-2），上u型座（7-1）固定设置在伸缩件（203）的下部，下u型座（7-2）固定设置在定平台（201）上，上u型座（7-1）通过连接轴（7-3）与下u型座（7-2）铰接。

5.根据权利要求2~4任一项所述的换刀机器人末端执行机构用图像采集机构，其特征在于：所述伸缩件（203）包括套杆（3-1）、活动臂（3-2）和气动组件（3-3），活动臂（3-2）套设在套杆（3-1）内部，气动组件（3-3）固定设置在套杆（3-1）的外壁上，气动组件（3-3）为套杆（3-1）的移动提供动力。

6.根据权利要求5所述的换刀机器人末端执行机构用图像采集机构，其特征在于：所述伸缩件（203）设有四个，四个伸缩件（203）等角度设置在定平台（201）和动平台（202）之间。

7.根据权利要求1或6所述的换刀机器人末端执行机构用图像采集机构，其特征在于：所述旋转机构（3）包括齿轮盘（301）和小电机（302），齿轮盘（301）转动设置在定平台（201）上，小电机（302）固定设置在定平台（201）上，小电机（302）带动齿轮盘（301）转动，摄像机（1）安装在齿轮盘（301）上。

技术总结
本实用新型公开了一种换刀机器人末端执行机构用图像采集机构，解决了现有技术中换刀机器人末端执行机构图像采集范围受限的问题。本实用新型包括摄像机和多自由度调节平台，摄像机通过旋转机构设置在多自由度调节平台的上部，所述多自由度调节平台包括定平台和动平台，定平台和动平台之间设有摆动升降机构，摆动升降机构带动动平台摆动和升降。本实用新型采用多自由度调节平台和旋转机构配合使用，多自由度调节平台能带动摄像机摆动和升降；旋转机构带动摄像机进行周向转动；实现摄像机自身位置和角度的调节，便于快速对焦，叠加换刀机器人末端执行机构的运动，满足多自由度调节摄像位置，增大图像采集的范围。

技术研发人员：姜礼杰;郑永光;钱豪;原晓伟;杨航;文勇亮;赵梦媛
受保护的技术使用者：中铁工程装备集团有限公司
技术研发日：2019.10.31
技术公布日：2020.04.24