一种微型机器人

阅读:77发布:2020-05-15

专利汇可以提供一种微型机器人专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 一种微型 机器人 云 台,包括位于底座内的控制组件及设置在底座上的 水 平和 俯仰 旋转机 构,关键在于:所述水平旋转机构包括连接在筒形底座上的安装筒、设置在安装筒内的水平 电机 和配套连接在电机轴上的 齿轮 ,齿轮与转动连接在安装筒上的转台的 内齿圈 啮合 ,驱动转台相对安装筒水平旋转,俯仰旋转机构包括俯仰球及罩在俯仰球上与转台固定连接的上罩,借助 定位 在上罩上的配套俯仰旋转驱动机构,俯仰球相对上罩旋转,设置在俯仰球上的摄像装置沿上罩上匹配设置的取景限位槽旋移形成水平和俯仰旋转联动的取像结构。该云台通过采用筒形结构 支撑 的水平旋转机构和嵌套的球型俯仰机构,简化云台结构,缩小体积。,下面是一种微型机器人专利的具体信息内容。

1.一种微型机器人台,包括底座(1)及设置在底座(1)上的平和俯仰旋转机构,其特征在于:所述水平旋转机构包括连接定位在筒形底座(1)上的安装筒(2)、设置在安装筒(2)内的水平电机(21)和配套连接在电机轴上的齿轮(211),齿轮(211)与转动连接在安装筒(2)上的转台(3)的内齿圈(311)啮合,驱动转台(3)相对安装筒(2)水平旋转,俯仰旋转机构包括俯仰球(4)及罩在俯仰球(4)上与转台(3)固定连接的上罩(5),借助定位在上罩(5)上的配套俯仰旋转驱动机构,俯仰球(4)相对上罩(5)旋转,设置在俯仰球(4)上的摄像装置(43)沿上罩(5)上匹配设置的取景限位槽(53)旋移形成水平和俯仰旋转联动的取像结构。
2.根据权利要求1所述的微型机器人云台,其特征在于:所述转台(3)包括固定在安装筒(2)上的支撑圈(32)和转圈(31),支撑圈(32)上端外沿与安装筒(2)上端内沿之间留有限位槽,转圈(31)转动限位在限位槽内,并借助其内齿圈(311)与齿轮(211)内啮合、借助轴承组件与支撑圈(32)转动连接,上罩(5)底部固定在转圈(31)上。
3.根据权利要求2所述的微型机器人云台,其特征在于:所述轴承组件包括插装定位在支撑圈(32)中心孔中的轴承外圈(33)及配套轴承内圈(34),轴承内圈(34)的上端插装定位在转圈(31)的中心孔中,上罩(5)底部的定位柱(54)插装定位在轴承内圈(34)的中心孔中,齿轮(211)穿过支撑圈(32)与转圈(31)底部的内齿圈(311)啮合。
4.根据权利要求3所述的微型机器人云台,其特征在于:所述转圈(31)为台阶盘式结构,包括下圆台、成型在下圆台外围的限位台(312)、上托盘(313)及中心孔(314),内齿圈(311)成型在下圆台内表面,限位台(312)转动限位在限位槽内,上托盘(313)上设置有与上罩(5)底部固定连接的固定柱(6)。
5.根据权利要求4所述的微型机器人云台,其特征在于:所述安装筒(2)内固定有轴承挡圈(35),轴承外圈(33)穿过支撑圈(32)中心孔插装定位在轴承挡圈(35)内孔中,轴承挡圈(35)上成型有与齿轮(211)匹配的通槽;轴承内圈(34)的中心孔中插装定位有固定卡圈(36),定位柱(54)定位在固定卡圈(36)上;支撑圈(32)内成型有支撑台(321),转圈(31)下圆台托在支撑台(321)上;水平电机(21)电机轴上设置有位移传感器
6.根据权利要求3所述的微型机器人云台,其特征在于:所述俯仰旋转驱动机构包括内置在俯仰球(4)内的外转子电机(41),外转子电机(41)的转子与俯仰球(4)固定连接、电机轴穿出俯仰球(4)定位在上罩(5)上,电机轴上设置角位移传感器。
7.根据权利要求6所述的微型机器人云台,其特征在于:所述上罩(5)包括左罩(51)和右罩(52),取景限位槽(53)沿俯仰旋转方向开设在左、右罩扣合面,左罩(51)和右罩(52)底部均与转圈(31)固定连接,电机轴和定位柱(54)定位在左罩(51)上,俯仰球(4)表面设置有与取景限位槽(53)匹配的限位棱(44)。
8.根据权利要求7所述的微型机器人云台,其特征在于:所述俯仰球(4)上还固定有转轴(42),转轴(42)位于电机轴对侧、与电机轴同轴,并转动限位在右罩(52)上的配套限位孔(521)内。
9.根据权利要求8所述的微型机器人云台,其特征在于:所述右罩(52)上的限位孔(521)外围设置有半圆形限位挡板(522),限位挡板(522)与限位孔(521)外壁形成限位槽,俯仰球(4)上配套设置的限位(45)在限位槽内旋转形成限位结构。
10.根据权利要求1-9任一项所述的微型机器人云台,其特征在于:所述摄像装置(43)包括定位在俯仰球(4)内的摄像PCB板、摄像头及镶嵌在俯仰球(4)壳体上的取景孔内的透镜,摄像头位于透镜内侧。

说明书全文

一种微型机器人

技术领域

[0001] 本发明涉及微型机器人视觉伺服控制系统,具体涉及一种基于单片机控制驱动的一体化二自由度微型云台。

背景技术

[0002] 随着科学技术的发展,越来越多的微型机器人被广泛用于各种危险的、情况复杂的、人类无法到达的环境中工作,人们需要通过机器人的视觉系统来拍照或录像,以完成观测。视觉系统是机器人,特别是微小型机器人研究领域的一个重要方向。微型云台作为实现微型机器人视觉控制的载体,主要用来承载相机。传统云台主要应用于大型场所的安防监控,因体积大、结构复杂,而不适用于微型机器人。因此,研制体积小、结构简单、定位准确、价格低廉的机器人云台具有重要的意义和应用价值。

发明内容

[0003] 本发明为了解决传统云台体积大、结构复杂的问题,设计了一种微型机器人云台,通过采用筒形结构支撑旋转机构和嵌套的球型俯仰机构,简化云台结构,缩小体积。
[0004] 本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为:一种微型机器人云台,包括位于底座内的控制组件及设置在底座上的水平和俯仰旋转机构,关键在于:所述水平旋转机构包括连接在筒形底座上的安装筒、设置在安装筒内的水平电机和配套连接在电机轴上的齿轮,齿轮与转动连接在安装筒上的转台的内齿圈啮合,驱动转台相对安装筒水平旋转,俯仰旋转机构包括俯仰球及罩在俯仰球上与转台固定连接的上罩,借助定位在上罩上的配套俯仰旋转驱动机构,俯仰球相对上罩旋转,设置在俯仰球上的摄像装置沿上罩上匹配设置的取景限位槽旋移形成水平和俯仰旋转联动的取像结构。
[0005] 该机器人云台,整体采用筒形套接结构,零部件塞装在筒内,并将俯仰球镶嵌在上罩内,极大的简化了结构,使云台尺寸显著缩小,外形尺寸直径仅为20mm左右,高40mm左右。将控制组件安装在底座内,水平和俯仰旋转机构安装在底座上方,便于线路连接。将水平电机固定在安装筒内,并通过齿轮带动内齿圈转动,从而带动转台转动,固定在转台上的上罩随转台水平旋转,俯仰球安装在上罩内,可在上罩内俯仰旋转,不仅实现了水平和俯仰旋转联动取像,而且结构简单、紧凑,连接紧密。俯仰球的旋转轴线与水平旋转轴线垂直,水平旋转环形取像,俯仰方向上下扫视,两个方向联动以获得较大的视野。取景限位槽为俯仰旋转导向,使运动平稳。
[0006] 进一步的,转台包括固定在安装筒上的支撑圈和转圈,支撑圈上端外沿与安装筒上端内沿之间留有限位槽,转圈转动限位在限位槽内,并借助其内齿圈与齿轮内啮合、借助轴承组件与支撑圈转动连接,上罩底部固定在转圈上。支撑圈为台阶筒结构,其下部与安装筒插接,上部与安装筒配合限位转圈,为转圈的旋转导向,使转圈的运动平稳、可靠。轴承组件一方面便于转圈与支撑圈连接,另一方面使转圈转动灵活。
[0007] 进一步的,轴承组件包括插装定位在支撑圈中心孔中的轴承外圈及配套轴承内圈轴承内圈的上端插装定位在转圈的中心孔中,上罩底部的定位柱插装定位在轴承内圈的中心孔中,齿轮穿过支撑圈与转圈底部的内齿圈啮合。轴承外圈与支撑圈中心孔过盈配合固定为一体,轴承内圈相对轴承外圈和支撑圈旋转,轴承内圈的上端与转圈的中心孔过盈配合固定为一体,进而使转圈相对轴承外圈和支撑圈旋转,这种连接结构即实现了转圈与支撑圈的转动连接,使连接可靠,运动平稳,又简化了结构,缩小了尺寸。上罩底部的定位柱插装定位在轴承内圈的中心孔中,使转圈与上罩的旋转同步、灵活。
[0008] 进一步的,所述转圈为台阶盘式结构,包括下圆台、成型在下圆台外围的限位台、上托盘及中心孔,内齿圈成型在下圆台内表面,限位台转动限位在限位槽内,上托盘上设置有与上罩底部固定连接的固定柱。转圈的结构设计巧妙,下圆台与限位台之间留有插装支撑圈的间隙,限位台与上托盘之间形成台阶,安装筒上端抵在该台阶上,使限位台转动限位在支撑圈上端外沿与安装筒上端内沿形成的限位槽内。在下圆台内表面成型内齿圈,内齿圈中孔大于中心孔,留出小齿轮的安装空间,为了减小尺寸还可以在轴承内圈上加工出小齿轮的安装槽,上托盘承托上罩和俯仰球,并成型固定柱,借助固定柱与上罩底部固定连接,进一步使支撑、连接可靠,运动平稳。
[0009] 进一步的,安装筒内固定有轴承挡圈,轴承外圈穿过支撑圈中心孔插装定位在轴承挡圈内孔中,轴承挡圈上成型有与齿轮匹配的通槽;轴承内圈的中心孔中插装定位有固定卡圈,定位柱定位在固定卡圈上;支撑圈内成型有支撑台,转圈下圆台托在支撑台上;水平电机电机轴上设置有位移传感器。安装筒通过支撑圈下部的固定柱与支撑圈连接,轴承挡圈的设置一方面使安装筒与支撑圈的连接更为可靠,一方面保护轴承。固定卡圈的设置便于上罩定位柱在轴承内圈的中心孔中的定位。支撑台的设置可减少接触摩擦,使水平旋转灵活省力。角位移传感器的设置便于定位、控制取像位置
[0010] 进一步的,所述俯仰旋转驱动机构包括内置在俯仰球内的外转子电机,外转子电机的转子与俯仰球固定连接、电机轴穿出俯仰球定位在上罩上。电机轴上设置角位移传感器。为了便于安装和实现俯仰球在上罩内旋转,驱动俯仰球旋转的电机采用外转子电机,其电机轴固定在上罩上,外转子固定在俯仰球上,带动俯仰球相对上罩绕电机轴旋转。将体积较大的电机外壳部分卡装在俯仰球内,体积较小的电机轴插装定位在上罩上,该设计进一步缩小了上罩的尺寸。角位移传感器的设置便于定位、控制取像位置。
[0011] 进一步的,为了便于安装,上罩采用分体式结构,包括左罩和右罩,取景限位槽沿俯仰旋转方向开设在左、右罩扣合面,左罩和右罩底部均与转圈固定连接,电机轴和定位柱定位在左罩上,俯仰球表面设置有与取景限位槽匹配的限位棱。限位棱与取景限位槽配合为俯仰球的旋转导向,使俯仰旋转平稳,避免抖动。
[0012] 进一步的,为了使俯仰球的运动平稳,在俯仰球上还固定有转轴,转轴位于电机轴对侧、与电机轴同轴,并转动限位在右罩上的配套限位孔内。所述俯仰球上还固定有转轴,转轴位于电机轴对侧、与电机轴同轴,并转动限位在右罩上的配套限位孔内。转轴相对限位孔旋转,该结构也可以采用心轴,心轴一端固定在右罩上,一端插入俯仰球的限位孔内,俯仰球相对心轴旋转。
[0013] 进一步的,右罩上的限位孔外围设置有半圆形限位挡板,限位挡板与限位孔外壁形成限位槽,俯仰球上配套设置的限位在限位槽内旋转形成限位结构。采用该限位结构,可避免摄像装置转入上罩内下侧,以保持在上半部取像。
[0014] 进一步的,所述摄像装置包括定位在俯仰球内的摄像PCB板、摄像头及镶嵌在俯仰球壳体上的取景孔内的透镜,摄像头位于透镜内侧。将摄像头内装以避免损伤,透镜的设置即可保护摄像头,又可扩大视野。
[0015] 本发明的有益效果为:1、该云台通过采用筒形结构和内嵌的俯仰球,各零部件充分利用内筒空间,设计巧妙,结构简单、紧凑、体积小,视野范围大,便于定位摄像位置,运动灵活、平稳、抖动小,克服了微型机器人云台体积大、结构复杂、成本高的问题,可广泛用于微型机器人的摄像、监控、跟踪等视觉系统,也可用于无人机、机械臂类摄像和监控设备。2、机构采用了对称组合布置,重心机体的几何中心重合,俯仰机构和水平机构可以随时拆卸,能够极大地方便设计、制造、安装调试,封闭式结构可防尘、清洁、易维护,使用安全、运行稳定。附图说明
[0016] 图1是实施例中云台的外形结构示意图;图2是实施例中云台的组装结构示意图;
图3是转圈的结构示意图;
图4、图5是转圈与支撑圈的装配结构示意图;
图6是俯仰球的结构示意图;
图7是上罩的结构示意图;
附图中,1代表底座,11代表USB连接线,2代表安装筒,21代表水平电机,211代表齿轮,3代表转台,31代表转圈,311代表内齿圈,312代表限位台,313代表上托盘,314代表中心孔,
32代表支撑圈,321代表支撑台,33代表轴承外圈,34代表轴承内圈,35代表轴承挡圈,36代表固定卡圈, 4代表俯仰球,41代表外转子电机,42代表转轴,43代表摄像装置, 44代表限位棱,45代表限位块,5代表上罩,51代表左罩,52代表右罩,521代表限位孔,522代表限位挡板,53代表取景限位槽,54代表定位柱,6代表固定柱。

具体实施方式

[0017] 一种微型机器人云台,包括筒形底座1,底座1内安装控制组件,控制组件包括穿出底座1的USB连接线11和依次装入底座1内的水平旋转控制板、无线射频遥控PCB、俯仰旋转控制板、单片机主控制板。USB连接线11的一端连接计算机或者手机,另一端通过连接线孔为整个系统供电,水平电机21、俯仰旋转驱动的外转子电机41和摄像装置通过单片机主控板上的排针连接以进行控制和摄像取景等操作。
[0018] 底座1与安装筒2通过卡槽过盈配合进行紧固定连接,安装筒2内通过卡槽和固定在卡槽内的电机固定座安装水平电机21,水平电机21电机轴上安装齿轮211。支撑圈32下部成型有固定柱6,固定柱6内嵌有螺母。穿过安装筒2的螺钉与固定柱6固定连接,支撑圈32还通过下沿与安装筒2上沿插接。安装筒2内的固定柱6上通过螺钉固定有轴承挡圈35,轴承外圈33穿过支撑圈32中心孔插装定位在轴承挡圈35内孔中,轴承内圈34的上端插装定位在转圈31的中心孔中,上罩5底部的定位柱54螺纹连接在固定卡圈36上,并与固定卡圈36一起插装在轴承内圈34的中心孔中,齿轮211穿过轴承挡圈35和支撑圈32与转圈31底部的内齿圈311啮合。支撑圈32上端内沿与安装筒2上端外沿之间留有限位槽。转圈31为台阶盘式结构,包括下圆台、成型在下圆台外围的限位台312、上托盘313及中心孔314,内齿圈311成型在下圆台内表面,限位台312转动限位在限位槽内,上托盘313上设置有与上罩5底部固定连接的固定柱6。支撑圈32内成型有支撑台321,转圈31下圆台托在支撑台321上,齿轮211穿入转圈31內孔,从一侧与内齿圈311啮合。水平电机21电机轴上设置有角位移传感器。
[0019] 上罩5包括左罩51和右罩52,左罩51和右罩52底部通过螺栓固定在上托盘313上的固定柱6上。定位柱54位于左罩51上,上罩5内安装俯仰球4,俯仰球4为上下分体式结构,俯仰球4内安装有外转子电机41,外转子电机41的转子卡装固定在俯仰球4壳体内,电机轴穿出俯仰球4固定在左罩51上。俯仰球4上还固定有转轴42,转轴42位于电机轴对侧、与电机轴同轴,并转动限位在右罩52上的配套限位孔521内,与电机轴一起支撑俯仰球4旋转。右罩52上的限位孔521外围设置有半圆形限位挡板522,限位挡板522与限位孔521外壁形成限位槽,俯仰球4上配套设置的限位块45在限位槽内旋转形成限位结构。取景限位槽53沿俯仰旋转方向开设在左、右罩扣合面,俯仰球4表面设置有与取景限位槽53匹配的限位棱44。摄像装置43包括定位在俯仰球4内的摄像PCB板、摄像头及镶嵌在俯仰球4壳体上的取景孔内的透镜,摄像头位于透镜内侧。
[0020] 具体取像时,水平电机21带动齿轮211旋转,从而通过内齿圈311带动转圈31旋转,转圈31带动上罩5及上罩5内的俯仰球4水平旋转,以环视四周。同时外转子电机41带动俯仰球4在上罩5内俯仰旋转,摄像头沿取景限位槽53上下扫视。水平旋转和俯仰旋转可联动也可独立运动。
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