基于串、并聯控制的三自由度仿生眼制造技術

本發明專利技術屬于仿生機器人技術領域，特別涉及一種仿生眼。基于串、并聯控制的三自由度仿生眼，其技術方案是：基板固定在垂直支架上，垂直支架固定在水平支架上，眼球安裝在基板上，由上四連桿機構實現眼球的左右運動，右四連桿機構實現眼球的上下運動，眼球內部設有第三電機，第三電機用于驅動傳感器沿眼球光軸方向旋轉。本發明專利技術通過簡單的連桿并聯機構可以實現仿生眼球的俯仰、方位轉動，實現仿生眼球的沿光軸自旋運動，三個自由度的運動使仿生眼能夠實現更高的定位精度。

Three DOF bionic eye based on series and parallel control

The invention belongs to the field of bionic robot technology, in particular to a bionic eye. On three degrees of freedom parallel control based on bionic eye, the technical scheme is that the substrate is fixed on the vertical bracket and the vertical bracket is fixed on the horizontal bracket, the eye is arranged on the substrate, the four linkage mechanism of eye movement to the left or right, right four linkage mechanism with eye movement up and down, the eye inside a third motor driving, sensor rotating along the optical axis direction for third electric eye. Elevation and azimuth of the invention can realize the bionic eyeball through the connecting rod parallel mechanism of the simple implementation of the bionic eye rotation along the optical axis of spin motion, three degrees of freedom motion of the bionic eye can achieve higher positioning accuracy.

【技術實現步驟摘要】
基于串、并聯控制的三自由度仿生眼
本專利技術屬于仿生機器人
，特別涉及一種仿生眼。
技術介紹
眼睛是人類重要的器官之一，人類獲得客觀世界信息主要是通過眼睛。對于仿生機器人來說，“眼睛”也是其重要的感知設備，為機器人提供一雙慧眼，能夠提高機器人的自主性和環境適應性。因此研究機器人仿生眼睛是當今機器人領域的研究熱點。人眼的運動機理以及解剖學表明，人的眼睛近似球形，位于眼眶內。每只人眼有6條肌肉，三個自由度，雙眼不單獨運動，而是在神經控制下進行共軛運動(掃視運動，平滑追蹤)、異向運動(輻輳運動，散開運動)、穩態注視運動(震顫，微掃視，慢漂移)、反射運動(前庭動眼反射，視動反射)等運動，而且人眼在頭部保持不動的情況下通過眼球向各個方向轉動擴大視野。目前現有的相關專利有：專利201510649137.4中提出了三自由度的雙目仿生機構，以及專利201510446391.4提出了一種三自由度仿生眼睛，采用電機直驅方式傳動。專利200810060006.2是采用人工氣動肌肉牽引的方式來實現仿生眼的三自由度運動。專利201010126955.3提出三自由度球面并聯機構仿生眼睛，其運動空間為錐形，不足是結構復雜，體積大。專利201210551864.3提出了一種具有全景捕捉、定位功能的雙目立體仿生眼機構。專利201420193242.2提出了一種仿生眼球，該專利沒有實現仿生眼的三自由度運動，且仿生眼球不為球形。專利201510455662.2提出了可任意角度注視、三維重建的仿生眼裝置及仿生眼設備，通過旋轉電機、行進電機及轉輪的驅動方式實現仿生眼設備的運動。
技術實現思路
本專利技術的目的是：提供一種小體積、簡單化、高定位精度的三自由度仿生眼，實現仿生眼的左右(方位)、上下(俯仰)、沿光軸自旋三個方向大角度范圍無偏心的眼球運動。本專利技術的技術方案是：基于串、并聯控制的三自由度仿生眼，它包括：眼球、基板、垂直支架、水平支架，電機驅動部分，上四連桿機構以及右四連桿機構；眼球為由眼前球、眼后球卡接組成的球形腔體結構；眼前球和眼后球分別卡接在前眼球座和后眼球座上；前眼球座、后眼球座均固定在基板上；眼球內部設有第三電機，第三電機驅動用于采集圖像的傳感器沿眼球光軸方向旋轉；眼后球的外壁中心處設有撥塊；電機驅動部分包括：第一電機及固定第一電機的第一電機座，第二電機及固定第二電機的第二電機座；上四連桿機構水平設置在眼球的上方，包括：第一支桿，第一擺環，第一連桿，第一擺桿；第一擺環為與眼球同心的半圓形結構，豎直安裝在眼后球外側；第一擺桿的一端通過鍵固定連接第一電機，另一端通過深溝球軸承與第一連桿的一端鉸接，第一連桿的另一端以及第一支桿的一端分別與第一擺環上圓弧端鉸接，第一支桿的另一端與第一電機座固接，同時第一支桿通過向下延伸的支座固定在基板上；第一擺環的下圓弧端鉸接在基板上；右四連桿機構豎直設置在眼球的右側，包括：第二支桿，第二擺環，第二連桿，第二擺桿；第二擺環為與眼球同心的半圓形結構，水平安裝在第一擺環外側，且與第一擺環不干涉；第二擺桿的一端通過鍵固定連接第二電機，另一端通過深溝球軸承與第二連桿的一端鉸接，第二連桿的另一端以及第二支桿的一端分別與第二擺環的右圓弧端鉸接，第二支桿的另一端固定在基板上；第二電機座也固定在基板上；第二擺環的左圓弧端與位于眼球左側且固定在基板上的左側板鉸接；第一擺環和第二擺環中間各設有滑槽，第一擺環和第二擺環呈十字形交叉，眼后球的外壁中心處的撥塊依次穿過第一擺環和第二擺環上的滑槽；上四連桿機構實現眼球的左右運動，右四連桿機構實現眼球的上下運動，通過第一擺環和第二擺環的合成運動實現眼球的大范圍無偏心二自由度運動；基板固定在垂直支架上，垂直支架固定在水平支架上。有益效果：(1)本專利技術通過簡單的連桿并聯機構可以實現仿生眼球的俯仰、方位轉動，實現仿生眼球的沿光軸自旋運動，三個自由度的運動使仿生眼能夠實現更高的定位精度。(2)本專利技術機構簡單，通過驅動、控制器件以及連接機構的一體化設計，實現了仿生眼機構緊湊型、小型化、輕量化。(3)本專利技術設置了前眼球座和后眼球座，使眼球不能平移，只能轉動，并且保持眼球中心位置不變。附圖說明圖1為本專利技術三維結構示意圖；圖2為圖1的俯視圖；圖3為圖1的右視圖；圖4為圖1的后視圖。具體實施方式參見附圖，基于串、并聯控制的三自由度仿生眼，它包括：眼球1、基板2、垂直支架6、水平支架7，電機驅動部分5，上四連桿機構3以及右四連桿機構4；眼球1為由眼前球20、眼后球21卡接組成的球形腔體結構；眼前球20和眼后球21分別卡接在前眼球座22和后眼球座23上，使眼球1不能沿其軸線平移，只能上下或左右擺動，并且眼球中心位置不變；前眼球座22、后眼球座23均固定在基板2上；眼球1內部設有第三電機，第三電機用于驅動眼球1內的圖像采集傳感器沿眼球1光軸方向旋轉，此處實現對旋轉自由度的串聯控制；眼后球21的外壁中心處設有撥塊24；電機驅動部分5包括：第一電機及固定第一電機的第一電機座14，第二電機及固定第二電機的第二電機座19；上四連桿機構3水平設置在眼球1的上方，包括：第一支桿8，第一擺環11，第一連桿12，第一擺桿13；第一擺環11為與眼球1同心的半圓形結構，豎直安裝在眼后球21外側；第一擺桿13的一端通過鍵固定連接第一電機，另一端通過深溝球軸承與第一連桿12的一端鉸接，第一連桿12的另一端以及第一支桿8的一端分別與第一擺環11上圓弧端鉸接，第一支桿8的另一端與第一電機座14固接，同時第一支桿8通過向下延伸的支座固定在基板2上；第一擺環11的下圓弧端鉸接在基板2上；右四連桿機構4豎直設置在眼球1的右側，包括：第二支桿15，第二擺環16，第二連桿17，第二擺桿18；第二擺環16為與眼球1同心的半圓形結構，水平安裝在第一擺環11外側，且與第一擺環11不干涉；第二擺桿18的一端通過鍵固定連接第二電機，另一端通過深溝球軸承與第二連桿17的一端鉸接，第二連桿17的另一端以及第二支桿15的一端分別與第二擺環16的右圓弧端鉸接，第二支桿15的另一端固定在基板2上；第二電機座19也固定在基板2上；第二擺環16的左圓弧端與位于眼球1左側且固定在基板2上的左側板鉸接；第一擺環11和第二擺環16中間各設有滑槽，第一擺環11和第二擺環16呈十字形交叉，眼后球21的外壁中心處的撥塊24依次穿過第一擺環11和第二擺環16上的滑槽。上四連桿機構3用于實現眼球1的左右運動：由第一電機輸出的動力通過第一擺桿13、第一連桿12傳遞至第一擺環11，使第一擺環11通過撥動撥塊24在第二擺環16的滑槽內滑動，從而帶動眼球1左右運動；右四連桿機構4用于實現眼球1的上下運動：由第二電機的輸出的動力通過第二擺桿18、第二連桿17傳遞至第二擺環16，使第二擺環16撥動撥塊24在第一擺環11的滑槽內滑動，從而帶動眼球1上下運動；通過第一擺環11和第二擺環16的合成運動實現眼球1的大范圍無偏心二自由度運動，此處為并聯控制；基板2固定在垂直支架6上，垂直支架6固定在水平支架7上；第一擺環11連接用于確定眼球1左右轉動絕對位置的第一編碼器，第一編碼器固定在第一編碼器座25上，第一編碼器座25固定在基板2上；第二擺環16連接用于確定眼球1上下轉動絕對位置的第二編碼器，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于串、并聯控制的三自由度仿生眼，它包括：眼球(1)、基板(2)、垂直支架(6)、水平支架(7)，電機驅動部分(5)，上四連桿機構(3)以及右四連桿機構(4)；其特征在于：所述眼球(1)為由眼前球(20)、眼后球(21)卡接組成的球形腔體結構；所述眼前球(20)和所述眼后球(21)分別卡接在前眼球座(22)和后眼球座(23)上；所述前眼球座(22)、所述后眼球座(23)均固定在所述基板(2)上；所述眼球(1)內部設有第三電機，所述第三電機驅動用于采集圖像的傳感器沿所述眼球(1)光軸方向旋轉；眼后球(21)的外壁中心處設有撥塊(24)；所述電機驅動部分(5)包括：第一電機及固定所述第一電機的第一電機座(14)，第二電機及固定所述第二電機的第二電機座(19)；所述上四連桿機構(3)水平設置在眼球(1)的上方，包括：第一支桿(8)，第一擺環(11)，第一連桿(12)，第一擺桿(13)；所述第一擺環(11)為與所述眼球(1)同心的半圓形結構，豎直安裝在所述眼后球(21)外側；所述第一擺桿(13)的一端通過鍵固定連接所述第一電機，另一端通過深溝球軸承與所述第一連桿(12)的一端鉸接，所述第一連桿(12)的另一端以及所述第一支桿(8)的一端分別與所述第一擺環(11)上圓弧端鉸接，所述第一支桿(8)的另一端與所述第一電機座(14)固接，同時所述第一支桿(8)通過向下延伸的支座固定在所述基板(2)上；所述第一擺環(11)的下圓弧端鉸接在所述基板(2)上；所述右四連桿機構(4)豎直設置在眼球(1)的右側，包括：第二支桿(15)，第二擺環(16)，第二連桿(17)，第二擺桿(18)；所述第二擺環(16)為與所述眼球(1)同心的半圓形結構，水平安裝在所述第一擺環(11)外側，且與所述第一擺環(11)不干涉；所述第二擺桿(18)的一端通過鍵固定連接所述第二電機，另一端通過深溝球軸承與所述第二連桿(17)的一端鉸接，所述第二連桿(17)的另一端以及所述第二支桿(15)的一端分別與所述第二擺環(16)的右圓弧端鉸接，所述第二支桿(15)的另一端固定在所述基板(2)上；所述第二電機座(19)也固定在所述基板(2)上；所述第二擺環(16)的左圓弧端與位于所述眼球(1)左側且固定在所述基板(2)上的左側板鉸接；所述第一擺環(11)和所述第二擺環(16)中間各設有滑槽，所述第一擺環(11)和所述第二擺環(16)呈十字形交叉，所述眼后球(21)的外壁中心處的所述撥塊(24)依次穿過所述第一擺環(11)和所述第二擺環(16)上的滑槽；所述上四連桿機構(3)實現所述眼球(1)的左右運動，所述右四連桿機構(4)實現所述眼球(1)的上下運動，通過所述第一擺環(11)和所述第二擺環(16)的合成運動實現所述眼球(1)的大范圍無偏心二自由度運動；所述基板(2)固定在所述垂直支架(6)上，所述垂直支架(6)固定在所述水平支架(7)上。...

【技術特征摘要】
1.基于串、并聯控制的三自由度仿生眼，它包括：眼球(1)、基板(2)、垂直支架(6)、水平支架(7)，電機驅動部分(5)，上四連桿機構(3)以及右四連桿機構(4)；其特征在于：所述眼球(1)為由眼前球(20)、眼后球(21)卡接組成的球形腔體結構；所述眼前球(20)和所述眼后球(21)分別卡接在前眼球座(22)和后眼球座(23)上；所述前眼球座(22)、所述后眼球座(23)均固定在所述基板(2)上；所述眼球(1)內部設有第三電機，所述第三電機驅動用于采集圖像的傳感器沿所述眼球(1)光軸方向旋轉；眼后球(21)的外壁中心處設有撥塊(24)；所述電機驅動部分(5)包括：第一電機及固定所述第一電機的第一電機座(14)，第二電機及固定所述第二電機的第二電機座(19)；所述上四連桿機構(3)水平設置在眼球(1)的上方，包括：第一支桿(8)，第一擺環(11)，第一連桿(12)，第一擺桿(13)；所述第一擺環(11)為與所述眼球(1)同心的半圓形結構，豎直安裝在所述眼后球(21)外側；所述第一擺桿(13)的一端通過鍵固定連接所述第一電機，另一端通過深溝球軸承與所述第一連桿(12)的一端鉸接，所述第一連桿(12)的另一端以及所述第一支桿(8)的一端分別與所述第一擺環(11)上圓弧端鉸接，所述第一支桿(8)的另一端與所述第一電機座(14)固接，同時所述第一支桿(8)通過向下延伸的支座固定在所述基板(2)上；所述第一擺環(11)的下圓弧端鉸接在所述基板(2)上；所述右四連桿機構(4)豎直設置在眼球(1)的右側，包括：第二支桿(15)，第二擺環(16)，第二連桿(17)，第二擺桿(18)；所述第二擺環(16)為與所述眼球(...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳曉鵬，樊迪，孟非，劉樹明，陳旭，王淼，劉貴林，張陶然，張偉民，劉培志，黃強，
申請(專利權)人：北京理工大學，
類型：發明
國別省市：北京,11