專利名稱：仿生機(jī)械眼球的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)，特別是一種仿生機(jī)械眼球。
背景技術(shù)：
在科幻小說(shuō)中，機(jī)器人的潛能被無(wú)限擴(kuò)大，它們可以與人類進(jìn)行眼神交流、身體接觸并且還能自動(dòng)適應(yīng)外界環(huán)境，聰明、靈動(dòng)甚至超過(guò)人類。我們知道眼睛是感覺(jué)之窗，人有90%以上的信息是靠視覺(jué)獲取的。假如機(jī)器人也能有人一樣的眼睛，智能機(jī)器人就不再是科幻故事中的迷人情節(jié)了。
事實(shí)上，能否造出"人工眼"讓機(jī)器人也能像人那樣識(shí)文斷字，看東西， 一直是智能自動(dòng)化的重要課題。生活中，帶視覺(jué)功能的機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)合范圍還遠(yuǎn)大于此。仿生型機(jī)械眼球可用于如自動(dòng)監(jiān)視、智能機(jī)器人的眼睛、目標(biāo)跟蹤裝置、汽車飛機(jī)等的自動(dòng)操縱用視覺(jué)裝置、遙操作用立體攝像裝置等。美國(guó)麻省理工大學(xué)近期研制的新型智能機(jī)器人"多莫"，它的"眼睛"可以將"目光"鎖定在人臉上。設(shè)計(jì)者稱，這使得人們?cè)谂c它交流的時(shí)候感覺(jué)很舒服。機(jī)器人擁有了這樣的功能就可以照顧老人或者喪失活動(dòng)能力的人們，還可以在生產(chǎn)線上與工人一起工作，提高生產(chǎn)效率，而且節(jié)約勞動(dòng)力。
讓機(jī)器人也具備人眼一樣的視覺(jué)功能是機(jī)器人視覺(jué)技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向，這將是機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)的一個(gè)飛躍。人眼具備許多特殊的視覺(jué)功能，這與人眼的生理結(jié)構(gòu)是密不可分的。
然而，仿生眼功能的實(shí)現(xiàn)主要取決于它的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 一個(gè)好的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以使機(jī)器人在頭部不用發(fā)生偏轉(zhuǎn)的情況下就能獲得多個(gè)方向的視覺(jué)，就像人眼一樣實(shí)現(xiàn)眼球的靈活運(yùn)動(dòng)，此外還要在設(shè)計(jì)中考慮如何盡可能低的減小摩擦來(lái)獲得優(yōu)質(zhì)的圖像。
當(dāng)今的機(jī)器人迫切需要具備人眼諸多特殊自然功能的仿生型機(jī)器人眼，有了這樣的仿生機(jī)械眼，智能機(jī)器人將走進(jìn)我們的日常生活。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種仿生機(jī)械眼球具有三自由度的機(jī)械眼球，以滿足需要模擬人類視覺(jué)的多種實(shí)際要求。
本發(fā)明的構(gòu)思是用一個(gè)內(nèi)部裝有攝像機(jī)的球體來(lái)模擬人眼球，球體分為兩半，兩個(gè)半球靠螺紋連接。攝像機(jī)裝于球體正中。為了美觀，眼球前部加了一個(gè)蓋子，不影響攝像機(jī)的
成像效果。CCD傳感器作用類似于人眼的視網(wǎng)膜，采集到的視覺(jué)信息用數(shù)據(jù)線從眼球后部的
孔接到控制部分。眼球后半部有一個(gè)凸臺(tái)，嵌入在兩根擺桿的槽中，凸臺(tái)可在槽內(nèi)滑動(dòng)。當(dāng)
3擺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)眼球旋轉(zhuǎn)。兩根擺桿分別通過(guò)兩根拉桿與舵機(jī)輸出軸上的轉(zhuǎn)盤(pán)連接。當(dāng)舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)眼球向八個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。眼球通過(guò)支撐固定在外殼內(nèi)部，眼球與外殼并無(wú)直接接觸，大大減小了眼球外表面所受的摩擦。
根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種仿生機(jī)械眼球，包括一個(gè)眼球和筒形外殼，其特征在于所述眼球內(nèi)腔裝有一個(gè)CCD攝像機(jī)，眼球裝在所述筒形外殼中部?jī)?nèi)腔中；在所述筒形外殼后部?jī)?nèi)腔中，分別通過(guò)一個(gè)舵機(jī)安裝架安裝一個(gè)舵機(jī)①和一個(gè)舵機(jī)②；所述舵機(jī)①通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)①驅(qū)動(dòng)所述眼球左右轉(zhuǎn)動(dòng)，所述舵機(jī)②通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)②驅(qū)動(dòng)所述眼球上下轉(zhuǎn)動(dòng)。
所述眼球是 一個(gè)前半球殼體與一個(gè)后半球殼體以螺紋旋配成眼球殼體，所述前半球殼體中央有通孔安裝一個(gè)眼球體前蓋，在眼球殼體中央安置所述CCD攝像機(jī)，CCD攝像機(jī)的鏡頭對(duì)準(zhǔn)眼球體前蓋中央孔。
所述眼球通過(guò)四個(gè)眼球支撐片支撐在所述外殼中部?jī)?nèi)腔中能自由轉(zhuǎn)動(dòng)；所述四個(gè)眼球支撐片在所述眼球表面的水平和垂直方向上均勻布置，所述眼球支撐片上有螺紋孔，通過(guò)雙頭螺柱固定在筒形外殼中部?jī)?nèi)，而球體前蓋處在筒形外殼前部?jī)?nèi)。
所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)①的結(jié)構(gòu)是所述舵機(jī)①的舵機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)上的偏心銷鉸連一根拉桿①的一端，拉桿①的另一端鉸連一根圓弧形擺桿①的一端，圓弧形擺桿①的兩端分別與眼球的左右兩極固定連接。
所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)②的結(jié)構(gòu)是所述舵機(jī)②的舵機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)上的偏心銷鉸連一根拉桿②的一端，拉桿②的另一端鉸連一根圓弧形擺桿②的一端，圓弧形擺桿②的兩端分別與眼球的上下兩極固定連接。
所述后半球殼體中央有凸臺(tái)，所述圓弧形擺桿①中有開(kāi)槽，所述圓弧形擺桿②中亦有開(kāi)槽，所述凸臺(tái)滑配嵌在兩個(gè)開(kāi)槽內(nèi)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見(jiàn)的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)-
(1) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，外型美觀，節(jié)省安裝空間；
(2) 眼球由兩個(gè)舵機(jī)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)可向8個(gè)方向靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到40°的視角，接近人單眼的運(yùn)動(dòng)范圍；
(3) 摩擦小，響應(yīng)速度快、定位精度高、控制方便。


圖1是本發(fā)明眼球球體零件分解圖。圖2是本發(fā)明后半部球殼體示意圖。圖3是本發(fā)明眼球及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4是本發(fā)明外觀整體示意圖。 圖5是本發(fā)明眼球支撐示意圖。 圖6是本發(fā)明眼球支撐片示意圖。 圖7是本發(fā)明圓弧形擺桿示意圖。 圖8是本發(fā)明單根圓弧形擺桿示意圖。 圖9是圖3的主視圖。 圖10是本發(fā)明舵機(jī)安裝架示意圖。 圖ll是本發(fā)明舵機(jī)安裝示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例作進(jìn)一步的說(shuō)明。
圖l是眼球(17)的結(jié)構(gòu)。眼球(11)分為兩半，CCD攝像機(jī)(3)置于中間，兩半球殼 體(2、 4)靠螺紋連接。眼球前蓋(1)是為了美觀。后半球殼體(4)上的凸臺(tái)(18)的作 用是使眼球轉(zhuǎn)動(dòng)。眼球后半球殼體(4)上打孔，便于將CCD攝像機(jī)(3)的數(shù)據(jù)線接到仿生 眼后面的控制部分。
為使眼球能夠三維旋轉(zhuǎn)，采用圖6所示的支撐片(13)將眼球支撐起來(lái)。如圖5所示，4 個(gè)支撐分別在眼球表面的水平和垂直方向上均勻布置，且恰好橫跨前、后半球的連接縫，有 利于減小眼球旋轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦。支撐片上有螺紋孔，用雙頭螺柱固定到筒形外殼中部(15)上。
眼球(17)的旋轉(zhuǎn)主要靠圓弧形擺桿①(5)和圓弧形擺桿②(12)帶動(dòng)。單個(gè)圓弧形擺 桿②(12)結(jié)構(gòu)如圖8所示。實(shí)現(xiàn)眼球(17)的三維旋轉(zhuǎn)需要兩根圓弧形擺桿(5、 12)，圓 弧形擺桿(5、 12)布置如圖7所示。圓弧形擺桿(5、 12)上開(kāi)有槽，后半球殼體(4)凸臺(tái) (18)置于兩根圓弧形擺桿(5、 12)交叉處的框內(nèi)，如圖3所示。如圖9所示，靠近眼球球 體處，圓弧形擺桿①(5)的一個(gè)點(diǎn)a與支撐片(13)連接， 一點(diǎn)b與拉桿①(6)連接，拉 桿(6)的另一端固定在舵機(jī)①(7)轉(zhuǎn)盤(pán)c點(diǎn)，舵機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)中心為d點(diǎn)。設(shè)計(jì)時(shí)選擇合適的長(zhǎng) 度，使abcd為平行四邊形，則cd轉(zhuǎn)過(guò)的角度恰好等于ab轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，便于控制。
當(dāng)舵機(jī)①(7)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，拉桿①(6)帶動(dòng)圓弧形擺桿①(5)，眼球(7)上下旋轉(zhuǎn)； 當(dāng)舵機(jī)②(9)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，拉桿②(11)帶動(dòng)圓弧形擺桿②(12)，眼球(7)左右旋轉(zhuǎn)；當(dāng) 用一定方法控制兩個(gè)舵機(jī)(7、 9)同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可使眼球(7)向偏離中心45°的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。 由舵機(jī)(2、 9)直接控制眼球(7)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度可精確到0.5° 。
為了整體的美觀及便于安裝在別的場(chǎng)合，改仿生眼一開(kāi)始就設(shè)計(jì)好如圖4所示的整體外
5觀。所以需要將舵機(jī)合適的布置在筒形外殼內(nèi)。我們?cè)O(shè)計(jì)了獨(dú)特的舵機(jī)安裝架(8)和舵機(jī)安 裝架(10)。并將兩個(gè)舵機(jī)(7、 9)互相垂直90。放置。安裝架(8、 10)通過(guò)螺釘固定在筒 形外殼后部(16)上。
上述具體實(shí)施方式
用來(lái)解釋說(shuō)明本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和 權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落在本方面的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種仿生機(jī)械眼球，它包括一個(gè)眼球(17)和筒形外殼，其特征在于a.所述眼球(17)內(nèi)腔裝有一個(gè)CCD攝像機(jī)(13)，眼球(17)裝在所述筒形外殼中部(15)內(nèi)腔中；b.在所述筒形外殼后部(16)內(nèi)腔中，分別通過(guò)一個(gè)舵機(jī)安裝架(10、18)安裝一個(gè)舵機(jī)①(7)和一個(gè)舵機(jī)②(9)；c.所述舵機(jī)①(7)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)①驅(qū)動(dòng)所述眼球(17)左右轉(zhuǎn)動(dòng)，所述舵機(jī)②(9)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)②驅(qū)動(dòng)所述眼球(17)上下轉(zhuǎn)動(dòng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生機(jī)械眼球，其特征在于所述眼球(17)是 一個(gè)前半球殼 體(2)與一個(gè)后半球殼體(4)以螺紋旋配成眼球殼體，所述前半球殼體(2)中央有通孔安 裝一個(gè)眼球體前蓋(1)，在眼球殼體中央安置所述CCD攝像機(jī)(3)， CCD攝像機(jī)(3)的鏡 頭對(duì)準(zhǔn)眼球體前蓋(1)中央孔。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生機(jī)械眼球，其特征在于所述眼球(17)通過(guò)四個(gè)眼球支撐 片(13)支撐在所述外殼中部(15)內(nèi)腔中能自由轉(zhuǎn)動(dòng)；所述四個(gè)眼球支撐片(13)在所述 眼球(17)表面的水平和垂直方向上均勻布置，所述眼球支撐片(13)上有螺紋孔，通過(guò)雙 頭螺柱固定在筒形外殼中部(15)內(nèi)，而球體前蓋(1)處在筒形外殼前部(14)內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的仿生機(jī)械眼球，其特征在于所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)①的結(jié)構(gòu)是所述舵 機(jī)①(7)的舵機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)上的偏心銷鉸連一根拉桿①(6)的一端，拉桿①(6)的另一端鉸連一 根圓弧形擺桿①(5)的一端，圓弧形擺桿①(5)的兩端分別與眼球(17)的左右兩極固定 連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的仿生機(jī)械眼球，其特征在于所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)②的結(jié)構(gòu)是所述舵 機(jī)②(9)的舵機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)上的偏心銷鉸連一根拉桿②(11)的一端，拉桿②(11)的另一端鉸連 一根圓弧形擺桿②(12)的一端，圓弧形擺桿②(12)的兩端分別與眼球(17)的上下兩極 固定連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的仿生機(jī)械眼球，其特征在于所述后半球殼體(4)中央有凸臺(tái) (18)，所述圓弧形擺桿①(5)中有開(kāi)槽(19)，所述圓弧形擺桿②(12)中亦有開(kāi)槽(20)，所述凸臺(tái)(18)滑配嵌在兩個(gè)開(kāi)槽(19， 20)內(nèi)。
全文摘要
一種仿生機(jī)械眼球，它包括一個(gè)眼球和筒形外殼，眼球內(nèi)腔裝有CCD攝像機(jī)，筒形外殼后部?jī)?nèi)腔中，分別通過(guò)一個(gè)舵機(jī)安裝架安裝兩個(gè)舵機(jī)，兩個(gè)舵機(jī)分別各自通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)眼球左右和上下傳動(dòng)。本發(fā)明具有三個(gè)自由度，基本實(shí)現(xiàn)了模擬人單眼的運(yùn)動(dòng)。該機(jī)械眼球視角達(dá)到了40°，同時(shí)控制精度為0.5°。結(jié)構(gòu)緊湊，控制精度高。
文檔編號(hào)B25J19/00GK101670584SQ200910196530
公開(kāi)日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2009年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日
發(fā)明者磊 李, 李慶梅, 李恒宇, 均 羅, 謝少榮 申請(qǐng)人:上海大學(xué)