專利名稱：具有變焦特性的仿生眼裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)器人視覺(jué)裝置，尤其是涉及一種具有變焦特性的仿生眼裝置。
背景技術(shù)：
伴隨著科技水平的不斷提升，工業(yè)自動(dòng)化在不斷普及，而仿生機(jī)器人是自動(dòng)化程度較高的機(jī)器人，同時(shí)也是目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)。人類感知客觀世界有80%以上的信息是通過(guò)眼睛獲得的。人眼對(duì)于人類的作用不言而喻，同樣視覺(jué)系統(tǒng)作為機(jī)器人獲取外部信息的重要途徑，在智能化機(jī)器人的研究中占據(jù)尤為重要的地位。機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于汽車、機(jī)器人、半導(dǎo)體、農(nóng)業(yè)、視頻監(jiān)控安防、交通管理、醫(yī)療、印刷、包裝、衛(wèi)星遙感、特種檢驗(yàn)、虛擬現(xiàn)實(shí)、航空航天等各行各業(yè)。機(jī)器人眼的研制，盡管獲得了很大進(jìn)展，但仍然滯后于人眼視覺(jué)功能。在機(jī)器人共性技術(shù)的研究中，仿生技術(shù)日益受到關(guān)注。人眼的變焦特性是通過(guò)睫狀肌松弛與收縮控制晶狀體發(fā)生形變，引起曲率變化從而使得人眼焦距發(fā)生改變實(shí)現(xiàn)變焦。當(dāng)今的機(jī)器人迫切需要具備人眼變焦特性的仿生機(jī)器人眼。有了這樣的機(jī)器人眼，機(jī)器人視覺(jué)技術(shù)乃至機(jī)器人產(chǎn)業(yè)將發(fā)生一個(gè)大的飛躍，對(duì)現(xiàn)有的許多產(chǎn)業(yè)也將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)，大多數(shù)使用左右兩個(gè)攝像機(jī)，從工程應(yīng)用角度出發(fā)，通過(guò)控制攝像機(jī)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，來(lái)模仿人眼雙目視覺(jué)系統(tǒng)獲得目標(biāo)圖像，再使用圖像處理系統(tǒng)進(jìn)行后續(xù)處理。采用現(xiàn)有攝像機(jī)的變焦系統(tǒng)通常由傳統(tǒng)方法實(shí)現(xiàn)變焦，即利用不同凹凸透鏡組合，通過(guò)機(jī)械齒輪裝置驅(qū)動(dòng)變焦，這種方式出現(xiàn)比較早，研究比較成熟，但是仿生學(xué)特性比較弱，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸較大、易磨損和壽命低；近年來(lái)，歐美等國(guó)家研制了液態(tài)型變焦透鏡，在一定程度上能實(shí)現(xiàn)人眼的變焦功能，但是它由于采用液體的光學(xué)介質(zhì)故容易產(chǎn)生泄漏等問(wèn)題。以上兩種方式是目前實(shí)現(xiàn)視覺(jué)系統(tǒng)變焦功能所采用的主要思路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有變焦特性的仿生眼裝置，采用仿生眼固態(tài)型變焦透鏡，利用直線步進(jìn)電機(jī)控制變焦透鏡變焦，并裝有圖像傳感器成像，利用圖像算法對(duì)所采集圖像信息分析處理后，實(shí)現(xiàn)對(duì)仿生眼裝置的變焦控制。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
本發(fā)明在底板的兩側(cè)分別安裝直線步進(jìn)電機(jī)和基座，基座中心開(kāi)有階梯通孔，階梯通孔的小孔朝向直線步進(jìn)電機(jī)一側(cè)，仿生眼固態(tài)型變焦透鏡為階梯圓柱體，階梯圓柱體大端面中心具有第一個(gè)凸出球缺，階梯圓柱體小端面中心具有第二個(gè)凸出球缺，仿生眼固態(tài)型變焦透鏡的大端面安裝在基座內(nèi)的小孔端面上，第一個(gè)凸出球缺朝向步進(jìn)電機(jī)一側(cè)，壓縮圓盤的一端中心有凸臺(tái)，壓縮圓盤和凸臺(tái)中心開(kāi)有通孔，壓縮圓盤安裝在階梯通孔的大孔內(nèi)，壓縮圓盤上的凸臺(tái)中心孔與第二個(gè)凸出球缺相接觸；基座小孔端面裝有CCD傳感器電路板，U形連接件一側(cè)的兩推桿依次穿過(guò)基座的側(cè)面圓孔、仿生眼固態(tài)型變焦透鏡的邊緣圓孔和壓縮圓盤圓孔后用螺母固定在壓縮圓盤上，直線步進(jìn)電機(jī)主軸穿過(guò)U形連接件中心孔，直線步進(jìn)電機(jī)主軸上的螺母與U形連接件上的螺紋孔固定為一體。所述的第一個(gè)凸出球缺曲率半徑為2(T30mm ;所述的第二個(gè)凸出球缺曲率半徑為30 40mmo本發(fā)明與背景技術(shù)相比，具有的有益效果是:
本發(fā)明的仿生眼固態(tài)型變焦透鏡，利用直線步進(jìn)電機(jī)控制變焦透鏡變焦，模仿人眼睫狀肌驅(qū)動(dòng)晶狀體實(shí)現(xiàn)變焦過(guò)程，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、易制備、成本低、可嵌入式等特點(diǎn)，并裝有圖像傳感器成像，可利用圖像算法對(duì)所采集圖像信息分析處理后，輸出命令至驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)對(duì)仿生眼裝置的變焦控制，形成一個(gè)閉環(huán)焦距可控的變焦系統(tǒng)。


圖1是仿生眼整體外圍裝置軸測(cè)圖。圖2是仿生眼整體外圍裝置俯視圖。圖3是裝配后基座部分去連接件剖視圖。圖4是基座正視圖。圖5是基座軸測(cè)圖。圖6是仿生眼固態(tài)型變焦透鏡俯視圖。圖7是仿生眼固態(tài)型變焦透鏡正視圖。圖8是連接件正視圖。圖9是連接件俯視圖。圖10是壓縮裝置示意圖。圖中:1、直線步進(jìn)電機(jī)，2、U形連接件，3、基座，4、壓縮圓盤，5、U形連接件螺紋桿，
6、仿生眼固態(tài)型變焦透鏡，7、基座螺紋孔，8、底板，9、步進(jìn)電機(jī)固定孔，10、C⑶傳感器電路板,11、螺紋孔,12、中央通孔，13、側(cè)面圓孔，14、小圓孔，15、邊緣圓孔，16、仿生眼固態(tài)型變焦透鏡后表面，17、仿生眼固態(tài)型變焦透鏡前表面，18、連接件螺紋孔，19、推桿，20、壓縮圓盤圓孔，21、凸臺(tái)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖1，圖2，圖3，圖4，圖5，圖6，圖7，圖8，圖9，圖10所示，本發(fā)明在底板8的兩側(cè)分別安裝直線步進(jìn)電機(jī)I和基座3，其中步進(jìn)電機(jī)I通過(guò)步進(jìn)電機(jī)固定孔9固定在直線步進(jìn)電機(jī)機(jī)架上，基座3通過(guò)基座螺紋孔7固定在底板上，基座3中心開(kāi)有階梯通孔，階梯通孔的小孔朝向直線步進(jìn)電機(jī)I 一側(cè)，仿生眼固態(tài)型變焦透鏡6為階梯圓柱體，階梯圓柱體大端面中心具有第一個(gè)凸出球缺，即仿生眼固態(tài)型變焦透鏡前表面17，階梯圓柱體小端面中心具有第二個(gè)凸出球缺，即仿生眼固態(tài)型變焦透鏡后表面16，仿生眼固態(tài)型變焦透鏡6的大端面上小圓孔14與螺紋孔11通過(guò)螺釘安裝在基座3內(nèi)的小孔端面上，第一個(gè)凸出球缺朝向步進(jìn)電機(jī)一側(cè)，壓縮圓盤4的一端中心有凸臺(tái)21，壓縮圓盤4和凸臺(tái)21中心開(kāi)有通孔，壓縮圓盤4安裝在階梯通孔的大孔內(nèi)，壓縮圓盤4上的凸臺(tái)21中心孔與第二個(gè)凸出球缺相接觸；基座小孔端面的中央通孔12 —側(cè)裝有CXD傳感器電路板10，U形連接件2 —側(cè)的兩推桿19依次穿過(guò)基座3的側(cè)面圓孔13、仿生眼固態(tài)型變焦透鏡6的邊緣圓孔15和壓縮圓盤圓孔20后，其末端U形連接件螺紋桿5通過(guò)螺母固定在壓縮圓盤4上，直線步進(jìn)電機(jī)I主軸穿過(guò)U形連接件2中心孔，直線步進(jìn)電機(jī)I主軸上的螺母與U形連接件2上的螺紋孔18固定為一體。如圖6、圖7所示，所述的第一個(gè)凸出球缺曲率半徑為2(T30mm;所述的第二個(gè)凸出球缺曲率半徑為3(T40mm。所述的仿生眼固態(tài)型變焦透鏡階梯圓柱體大端及仿生眼固態(tài)型變焦透鏡前表面17材料為PMMA ;仿生眼固態(tài)型變焦透鏡后表面16材料為SEBS ;仿生眼固態(tài)型變焦透鏡階梯圓柱體小端外圍是圓環(huán)狀墊片，其材料為HDPE，中間用PDMS材料填充。本發(fā)明的工作原理如下:
變焦透鏡6置于中央具有圓形通孔的基座3中，其仿生眼固態(tài)型變焦透鏡前表面17固定不變，步進(jìn)電機(jī)I接受到控制器指令后便開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)U形連接件上推桿19前后直線運(yùn)動(dòng)，壓縮圓盤4也和它同步前后直線移動(dòng)，擠壓或者逐漸遠(yuǎn)離仿生眼固態(tài)型變焦透鏡后表面16，使得仿生眼固態(tài)型變焦透鏡后表面16曲率發(fā)生改變，即仿生眼固態(tài)型變焦透鏡6的焦距發(fā)生變化，這使得不同距離的目標(biāo)物體清晰成像于CXD傳感器電路板10，CXD傳感器電路板10所采集的圖像信息經(jīng)數(shù)據(jù)線傳送到終端，由圖像處理算法處理后發(fā)送指令給步進(jìn)電機(jī)I的控制器，控制步進(jìn)電機(jī)I輸出位移大小，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的閉環(huán)控制。CXD圖像傳感器電路板通過(guò)螺紋孔固定在球形框架的基體上，與變焦透鏡主面距離恰好在I倍到2倍焦距范圍內(nèi)，使仿生眼裝置具有視覺(jué)功能；光線經(jīng)由變焦透鏡折射后聚集在CXD圖像傳感器上，采集到的圖像數(shù)據(jù)可由數(shù)據(jù)線傳送到終端由顯示屏顯示圖像；圖像數(shù)據(jù)通過(guò)特定的圖像處理算法分析處理后，反饋給直線步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相應(yīng)的控制命令，驅(qū)動(dòng)變焦透鏡焦距變化至特定大小。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，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種具有變焦特性的仿生眼裝置，其特征在于:在底板(8)的兩側(cè)分別安裝直線步進(jìn)電機(jī)(I)和基座(3)，基座中心開(kāi)有階梯通孔，階梯通孔的小孔朝向直線步進(jìn)電機(jī)(I) 一偵牝仿生眼固態(tài)型變焦透鏡(6)為階梯圓柱體，階梯圓柱體大端面中心具有第一個(gè)凸出球缺，階梯圓柱體小端面中心具有第二個(gè)凸出球缺，仿生眼固態(tài)型變焦透鏡(6)的大端面安裝在基座(3)內(nèi)的小孔端面上，第一個(gè)凸出球缺朝向步進(jìn)電機(jī)一側(cè)，壓縮圓盤(4)的一端中心有凸臺(tái)(21)，壓縮圓盤(4)和凸臺(tái)(21)中心開(kāi)有通孔，壓縮圓盤(4)安裝在階梯通孔的大孔內(nèi)，壓縮圓盤(4)上的凸臺(tái)(21)中心孔與第二個(gè)凸出球缺相接觸；基座小孔端面裝有CCD傳感器電路板(10)，U形連接件(2)—側(cè)的兩推桿(19)依次穿過(guò)基座(3)的側(cè)面圓孔(13)、仿生眼固態(tài)型變焦透鏡(6)的邊緣圓孔(15)和壓縮圓盤圓孔(20)后用螺母固定在壓縮圓盤(4)上，直線步進(jìn)電機(jī)(I)主軸穿過(guò)U形連接件(2)中心孔，直線步進(jìn)電機(jī)(I)主軸上的螺母與U形連接件(2)上的螺紋孔(18)固定為一體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有變焦特性的仿生眼裝置，其特征在于:所述的第一個(gè)凸出球缺曲率半徑為2(T30mm ;所述的第二個(gè)凸出球缺曲率半徑為3(T40mm。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有變焦特性的仿生眼裝置。在底板的兩側(cè)分別安裝直線步進(jìn)電機(jī)和基座，基座內(nèi)裝有仿生眼固態(tài)型變焦透鏡和壓縮圓盤，壓縮圓盤上的凸臺(tái)與變焦透鏡相接觸，基座小孔端面裝有CCD傳感器電路板，直線步進(jìn)電機(jī)通過(guò)U形連接件帶動(dòng)壓縮圓盤擠壓控制變焦透鏡實(shí)現(xiàn)變焦，使不同目標(biāo)物體成像在CCD傳感器上。本發(fā)明利用直線步進(jìn)電機(jī)控制變焦透鏡變焦，模仿人眼睫狀肌驅(qū)動(dòng)晶狀體實(shí)現(xiàn)變焦過(guò)程，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、易制備、成本低、可嵌入式等特點(diǎn)，并裝有圖像傳感器成像，可利用圖像算法對(duì)所采集圖像信息分析處理后，輸出命令至驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)對(duì)仿生眼裝置的變焦控制，形成一個(gè)閉環(huán)焦距可控的變焦系統(tǒng)。
文檔編號(hào)B25J19/04GK103192412SQ20131010681
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月28日
發(fā)明者王宣銀, 余家林, 湯峰, 杜佳瑋, 曹松曉, 金禮偉 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)