智能機(jī)器人用攝像頭轉(zhuǎn)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

王宇航，蔡婷婷，蔡 雪

機(jī)器人是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置，它既可以接受人類(lèi)指揮，又可以運(yùn)行預(yù)先編排的程序，還可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。它的任務(wù)是協(xié)助或取代人類(lèi)某種特殊的工作，例如生產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)，或是危險(xiǎn)的工作。目前在每個(gè)機(jī)器人上都會(huì)安裝有攝像頭，但是這些攝像頭都是固定不動(dòng)的，不便于轉(zhuǎn)動(dòng)，視野范圍受限，且存在死角。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本文設(shè)計(jì)了一種新型智能機(jī)器人用攝像頭的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，解決了攝像頭固定不動(dòng)、不便于轉(zhuǎn)動(dòng)，視野范圍受限的問(wèn)題。

1 轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

智能機(jī)器人用攝像頭的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置如圖1所示，包括機(jī)器人本體，在機(jī)器人本體頂部固定連接有箱體，箱體之上為一殼體結(jié)構(gòu)，殼體通過(guò)支臂和支撐桿連接攝像頭及其固定裝置。

圖1 結(jié)構(gòu)示意圖

箱體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。在箱體的內(nèi)腔底部固定連接有支板，支板的一側(cè)固定連接有豎桿，且豎桿的頂部固定連接有套筒。套筒上穿插設(shè)置有旋轉(zhuǎn)桿，旋轉(zhuǎn)桿的一端貫穿箱體并延伸至箱體的外側(cè)與把手連接。旋轉(zhuǎn)桿的另一端連接第一齒輪。在支板的頂部一側(cè)開(kāi)設(shè)有凹槽，凹槽的內(nèi)壁底部設(shè)置有滾珠，滾珠的頂部固定連接有轉(zhuǎn)動(dòng)板，轉(zhuǎn)動(dòng)板的頂部固定連接有滾動(dòng)桿。滾動(dòng)桿上固定套接有第二齒輪，且第二齒輪與第一齒輪嚙合。因此通過(guò)齒輪之間的傳動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)桿及其連與之連接的部分實(shí)現(xiàn)水平轉(zhuǎn)動(dòng)。滾動(dòng)桿的頂端貫穿箱體的頂部并延伸至箱體的外側(cè)，滾動(dòng)桿的頂端固定連接有殼體。

圖2 箱體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

殼體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示，殼體的內(nèi)壁底部從左往右依次固定連接有支柱和電動(dòng)推桿，支柱的頂端固定連接有第一支座。第一支座上通過(guò)轉(zhuǎn)軸活動(dòng)連接有橫桿，橫桿的一端通過(guò)轉(zhuǎn)軸與電動(dòng)推桿的頂端活動(dòng)連接，橫桿的另一端上側(cè)固定連接有第二支座。第二支座上通過(guò)轉(zhuǎn)軸活動(dòng)連接有支臂，支臂的頂部貫穿殼體并延伸至殼體的外側(cè)。通過(guò)杠桿原理可知，電動(dòng)推桿的上下運(yùn)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)支臂的上下移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)與支臂連接的攝像頭及固定裝置的上下移動(dòng)。

圖3 殼體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

攝像頭及固定裝置連接在殼體之上，通過(guò)支撐桿相連。支撐桿的頂端固定連接有橫板，橫板設(shè)置為中空結(jié)構(gòu)。橫板的一側(cè)通過(guò)轉(zhuǎn)軸活動(dòng)連接有斜板，斜板的一側(cè)底部固定連接有第三支座，第三支座上通過(guò)轉(zhuǎn)軸與支臂的頂端活動(dòng)連接。斜板的頂部固定連接有攝像頭本體。

該攝像頭轉(zhuǎn)動(dòng)裝置與外界的主控器及蓄電池電連接，主控器可以為計(jì)算機(jī)等起到控制的設(shè)備。使用時(shí)，控制電動(dòng)推桿上下升降調(diào)節(jié)攝像頭本體的位置，同時(shí)，可以手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)攝像頭的位置。

2 轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的功能介紹

該機(jī)器人用攝像頭的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，解決了攝像頭固定不動(dòng)、不便于轉(zhuǎn)動(dòng)，視野范圍受限的問(wèn)題。本設(shè)計(jì)中攝像頭的上下移動(dòng)是通過(guò)電動(dòng)推桿實(shí)現(xiàn)的。電動(dòng)推桿是一種將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥茥U的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的電力驅(qū)動(dòng)裝置。可用于各種簡(jiǎn)單或復(fù)雜的工藝流程中做為執(zhí)行機(jī)械使用，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制、集中控制或自動(dòng)控制。通過(guò)改變杠桿力臂長(zhǎng)度，可以增大或減小運(yùn)動(dòng)行程。本設(shè)計(jì)中的電動(dòng)推桿可與外部的自動(dòng)控制裝置相連，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。通過(guò)對(duì)殼體內(nèi)部的設(shè)置，在電動(dòng)推桿、第一支座、橫桿、第二支座和支臂的作用下，并且配合斜板和第三支座，達(dá)到了對(duì)攝像頭進(jìn)行上下調(diào)節(jié)的效果，提高了攝像頭的攝像范圍，方便使用，提高機(jī)器人的使用效率。

對(duì)攝像頭水平轉(zhuǎn)動(dòng)的調(diào)節(jié)通過(guò)齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)。齒輪機(jī)構(gòu)是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它可以用來(lái)傳遞空間任意兩軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。齒輪與其它傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相比，優(yōu)點(diǎn)為：結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、傳動(dòng)平穩(wěn)、效率高、壽命長(zhǎng)、能保證恒定的傳動(dòng)比，而且其傳遞的功率和適用的速度范圍大。故齒輪機(jī)構(gòu)廣泛用于機(jī)械傳動(dòng)中。本設(shè)計(jì)中，通過(guò)對(duì)箱體內(nèi)部的設(shè)置，在支板、豎桿、套筒、旋轉(zhuǎn)桿、第一齒輪、滾珠、轉(zhuǎn)動(dòng)板、滾動(dòng)桿和第二齒輪的作用下，只需轉(zhuǎn)動(dòng)把手，便可將攝像頭輕松的轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)，進(jìn)一步提高攝像的范圍，便于使用。

在功能設(shè)計(jì)上，轉(zhuǎn)動(dòng)裝置可與外部控制設(shè)備相連，通過(guò)控制器把轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制信號(hào)輸出電動(dòng)推桿，來(lái)控制推桿的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)攝像頭完成轉(zhuǎn)動(dòng)。

3 結(jié)束語(yǔ)

機(jī)器人用攝像頭轉(zhuǎn)動(dòng)裝置是在原有的基礎(chǔ)上增設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，利用轉(zhuǎn)動(dòng)裝置改變攝像頭轉(zhuǎn)動(dòng)方向，擴(kuò)大攝像頭掃射范圍，消除視野死角，達(dá)到擴(kuò)大視野增強(qiáng)視頻采集質(zhì)量的效果。所設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊，動(dòng)靜態(tài)性能好的特點(diǎn)，為機(jī)器人系統(tǒng)的仿真提供了關(guān)鍵設(shè)備

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