[发明专利]一种基于柔索驱动的四自由度仿生机械云台

说明书

本发明公布了一种基于柔索驱动的四自由度仿生机械云台，包括支撑组，传动组，动力组三部分。通过一个气弹簧使得底端平台与中间平台之间的三根柔索始终保持张紧，通过驱动底端平台上的三个电机使摄像机间接获得一个伸缩自由度。通过驱动中间平台上的四个电机，拉伸摄像头平台与中间平台间的四根柔索，若拉伸同侧柔索，使得摄像头具有两个自由度，若拉伸对角柔索，使得摄像机可以绕支撑杆与摄像机平台的铰接中心旋转，从而使得摄像头具有四个自由度。本发明机构简单，采用了柔索驱动，降低了整体质量和噪音。另外摄像机平台和支撑杆的铰接位置固定，使得摄像机控制更加精确。伸缩自由度可以使此云台应用于更加广泛的场合，尤其是环境探测方面。

技术领域

本发明涉及仿生机械云台领域，特别是一种基于柔索驱动的四自由度仿生机械云台。

背景技术

现在机器人日益普及，一些特种机器人已经走进我们生活的方方面面，例如，市场上已经开始使用炒菜机器人，交通警察机器人，探测机器人，无人艇等等。其中，视觉是我们人类获取信息的主要方式，同样也是机器人获取信息的不可忽视的一项。通过一些机械云台，可以使得机器人获得和我们人眼相近的能力，可以大大地推进机器人的普及。

目前在很多机器人上都安装了摄像机，但是往往摄像机的运动很僵硬、不灵活，这就造成机器人获取信息的不足，进而影响机器人的活动。若摄像机可以像人眼一样灵活，则可以很大程度提高机器人获取的信息量，改善机器人的运动。

现在常见的仿生机械云台大多是两个自由度、三个自由度，在一些特殊的应用场合下难以满足要求或者效果并不理想，而且机械结构复杂，重量大，因此研究一款重量轻、结构简单、可应用于多种环境下的机械云台是很有必要的。在一些复杂地形环境如灾区中、矿区中，一个具有伸缩自由度仿生机械云台的救援机器人就显得尤为重要，可以大大增大救援机率。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种基于柔索驱动的四自由度仿生机械云台，采用了双层柔索驱动，大大地降低了噪音，减轻了重量，而且由于支撑杆和摄像机平台铰接点位置的固定，使得摄像机的控制更精确；由于摄像机伸缩自由度的实现，可以使得此仿生机械云台的应用更加灵活多变，尤其是在未知环境探测方面。

为实现上述目的，本发明的构思是 ：

首先，通过一个气弹簧连接底端平台和中间平台，并在中间平台下表面铸有三个圆环，通过安装在底端平台上的三个电机驱动连接在这三个圆环上的柔索，从而使得中间平台有一个前后移动的自由度。然后，中间平台通过一根刚性支撑杆和摄像机平台连接，支撑杆和中间平台通过螺纹固连，支撑杆和摄像机平台之间通过球铰接。在摄像机平台下表面铸有四个圆环，两个为一对沿直径对称分布。摄像机平台中心两侧的对应耳环的连线与中间平台上导轮架的连线垂直。两对圆环中各取同侧的一只，用柔索连接圆环通过中间平台导轮架的导轮，连接到对应的卷筒上。通过中间平台上的四个电机配合驱动四根柔索，可以使得摄像机平台具有三个自由度，由此，摄像机就具有了四个自由度。通过每个电机对应的编码器，可以得到对应电机的转速和转角，从而可以计算得出摄像头的位姿，反馈到控制系统，实现摄像头的闭环控制。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案 ：

一种基于柔索驱动的四自由度仿生机械云台，包括支撑组，传动组，动力组三部分；通过驱动安装在底端平台上的三个电机使得底端平台和中间平台之间的三根柔索长度发生变化，它们之间的气弹簧随之伸缩，从而使得这三根柔索始终处于张紧状态，使得中间平台有一个前后移动的自由度；通过驱动安装在中间平台上的四个电机使得中间平台和摄像机平台之间的四根柔索长度发生变化，摄像机平台绕与支撑杆相连的球铰转动；如果分别驱动同侧的两根柔索，则摄像机平台具有两自由度，如果分别驱动成对角的两对柔索，一对同时拉短，一对同时放长，则摄像机平台能够饶与支撑杆相连的球铰旋转一定的角度，从而使得摄像机平台具有四个自由度；摄像机通过螺钉固定连接在摄像机平台上。