二自由度執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)微型機(jī)器人眼球結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機(jī)器人眼球結(jié)構(gòu)，特別是一種二自由度執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)微型機(jī)器人眼球結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]設(shè)計(jì)機(jī)器人的目的之一是為人類的生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)服務(wù)，而利用人體工學(xué)給機(jī)器人配備眼睛，使其像人類和動(dòng)物眼睛一樣靈活協(xié)調(diào)地改變視線，快速準(zhǔn)確地識(shí)別和跟蹤目標(biāo)，無(wú)疑能更好地將人類從紛繁的體力勞動(dòng)中解放出來(lái)。由于機(jī)器人眼球的應(yīng)用范圍很廣，除了智能機(jī)器人的眼睛，還可以用于智能監(jiān)控、飛行跟蹤、遙感操作等場(chǎng)合，因此仿人眼球結(jié)構(gòu)的制造是智能自動(dòng)化領(lǐng)域的重要課題之一。
[0003]目前國(guó)內(nèi)外機(jī)器人眼球結(jié)構(gòu)的研究中，為實(shí)現(xiàn)多自由度運(yùn)動(dòng)，大多需要給每一個(gè)自由度配備一臺(tái)單自由度電機(jī)來(lái)完成驅(qū)動(dòng)，且傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜。例如中國(guó)專利(公開號(hào)為CN101219279A)中為實(shí)現(xiàn)眼球的上下和左右轉(zhuǎn)動(dòng)，分別采用了兩臺(tái)電機(jī)和兩套傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)體積較大、機(jī)構(gòu)復(fù)雜、眼球位姿控制精度較低、成本較高。美國(guó)專利(公開號(hào)為US2010271540A1)中為避免了由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)間干涉所造成的誤差，采用一組連桿機(jī)構(gòu)和一個(gè)彈性鋼絲機(jī)構(gòu)分別傳遞上下和左右轉(zhuǎn)動(dòng)，這種設(shè)計(jì)雖然提高了位姿控制精度，但體積仍然較大，整體結(jié)構(gòu)也沒(méi)有得到簡(jiǎn)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種二自由度執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)微型機(jī)器人眼球結(jié)構(gòu)，采用單個(gè)執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)眼球平穩(wěn)的二自由度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、零部件少、易于小型化、定位精度高等特點(diǎn)，是機(jī)器人眼球、無(wú)人飛行器、智能監(jiān)控等設(shè)備的視覺(jué)跟蹤系統(tǒng)的理想解決方案。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種二自由度執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)微型機(jī)器人眼球結(jié)構(gòu)，包括上半眼球殼，下半眼球殼，微型圖像傳感器，二自由度執(zhí)行器，頂板，底板，彈簧，螺栓；所述頂板和底板通過(guò)螺栓連接，所述彈簧位于底板與四個(gè)螺栓的螺栓頭之間，所述上半眼球殼與下半眼球殼連接成完整眼球殼體，上半眼球殼外表面與所述頂板中心孔球面接觸，微型圖像傳感器安裝在上半眼球殼的中心凹槽內(nèi)，所述下半眼球殼與二自由度執(zhí)行器通過(guò)螺釘固定連接，所述二自由度執(zhí)行器底部與底板沿豎直方向具有一定的彈性接觸力。
[0006]所述上半眼球殼的端面帶有凸榫，下半眼球殼的端面帶有凹槽，上半眼球殼的凸榫嵌在下半眼球殼的凹槽內(nèi)，并使上、下半眼球殼連接在一起；上半眼球殼的上表面中心有凹槽，用于固定微型圖像傳感器；下半眼球殼的底部中心有通孔，通過(guò)螺釘將下半眼球殼和二自由度執(zhí)行器連接在一起；上、下半眼球殼的內(nèi)腔為空心結(jié)構(gòu)，用于安置圖傳發(fā)射機(jī)和供電電池；上半眼球殼的表面中心凹槽的一側(cè)有孔，以便于微型圖像傳感器與圖傳發(fā)射機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸布線；下半眼球殼的一側(cè)有孔，作為圖傳發(fā)射機(jī)與外部元器件接線用。
[0007]所述二自由度執(zhí)行器由彈性金屬體和壓電陶瓷片組合而成，所述彈性金屬體結(jié)構(gòu)上方為正四棱柱，底部正方錐臺(tái)的驅(qū)動(dòng)足；所述壓電陶瓷片分別貼附于金屬體的四個(gè)側(cè)面。
[0008]所述二自由度執(zhí)行器與底板為彈性接觸，預(yù)壓力由底板與四個(gè)螺栓的螺栓頭之間的彈簧提供。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明利用一個(gè)二自由度執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)，不需要減速裝置，不需要斷電定位裝置，即能實(shí)現(xiàn)眼球沿二個(gè)垂直方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而且定位精度高，斷電能自鎖。整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、零部件少、質(zhì)量輕、易于小型化，適用于機(jī)器人眼球、無(wú)人飛行器、智能監(jiān)控等視覺(jué)跟蹤系統(tǒng)。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是二自由度執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)微型機(jī)器人眼球結(jié)構(gòu)立體圖。
[0011]圖2是眼球部件前視方向剖視圖。
[0012]圖3是眼球部件右視方向剖視圖。
[0013]圖4是二自由度執(zhí)行器結(jié)構(gòu)立體圖。
[0014]圖5是二自由度執(zhí)行器壓電陶瓷極化方向和激勵(lì)信號(hào)示意圖。
[0015]圖6是二自由度執(zhí)行器第一工作振動(dòng)模態(tài)振型示意圖。
[0016]圖7是二自由度執(zhí)行器第二工作振動(dòng)模態(tài)振型示意圖。
[0017]圖8是二自由度執(zhí)行器繞y軸旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)示意圖。
[0018]圖9是二自由度執(zhí)行器繞X軸旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0020]如圖1所示，一種二自由度執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)微型機(jī)器人眼球結(jié)構(gòu)，包括上半眼球殼5，下半眼球殼6，微型圖像傳感器4，二自由度執(zhí)行器7，頂板1，底板3，彈簧8，螺栓2 ;所述頂板1和底板3通過(guò)螺栓2連接，所述彈簧8位于底板3與四個(gè)螺栓2的螺栓頭之間，所述上半眼球殼5與下半眼球殼6連接成完整眼球殼體，上半眼球殼5外表面與所述頂板1中心孔球面接觸，微型圖像傳感器4安裝在上半眼球殼5的中心凹槽內(nèi)，所述下半眼球殼6與二自由度執(zhí)行器7通過(guò)螺釘固定連接，所述二自由度執(zhí)行器7底部與底板3沿豎直方向具有一定的彈性接觸力。
[0021]如圖2與圖3所示，所述上半眼球殼5的端面帶有凸榫，下半眼球殼6的端面帶有凹槽，上半眼球殼5的凸榫嵌在下半眼球殼6的凹槽內(nèi)，并使上、下半眼球殼連接在一起；上半眼球殼5的上表面中心有凹槽，用于固定微型圖像傳感器4 ;下半眼球殼6的底部中心有通孔，通過(guò)螺釘將下半眼球殼6和二自由度執(zhí)行器7連接在一起；上、下半眼球殼的內(nèi)腔為空心結(jié)構(gòu)，用于安置圖傳發(fā)射機(jī)9和供電電池10 ;上半眼球殼5的表面中心凹槽的一側(cè)有孔，以便于微型圖像傳感器4與圖傳發(fā)射機(jī)9的數(shù)據(jù)傳輸布線；下半眼球殼6的一側(cè)有孔，作為圖傳發(fā)射機(jī)9與外部元器件接線用。
[0022]如圖4所示，所述二自由度執(zhí)行器7由彈性金屬體11和壓電陶瓷