智能机器人用摄像头转动装置结构设计

2018-01-15王宇航蔡婷婷

装备制造技术 2017年11期

王宇航，蔡婷婷，蔡雪

机器人是自动执行工作的机器装置，它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，还可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类某种特殊的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。目前在每个机器人上都会安装有摄像头，但是这些摄像头都是固定不动的，不便于转动，视野范围受限，且存在死角。针对现有技术的不足，本文设计了一种新型智能机器人用摄像头的转动装置，解决了摄像头固定不动、不便于转动，视野范围受限的问题。

1 转动装置的结构设计

智能机器人用摄像头的转动装置如图1所示，包括机器人本体，在机器人本体顶部固定连接有箱体，箱体之上为一壳体结构，壳体通过支臂和支撑杆连接摄像头及其固定装置。

图1 结构示意图

箱体的内部结构如图2所示。在箱体的内腔底部固定连接有支板，支板的一侧固定连接有竖杆，且竖杆的顶部固定连接有套筒。套筒上穿插设置有旋转杆，旋转杆的一端贯穿箱体并延伸至箱体的外侧与把手连接。旋转杆的另一端连接第一齿轮。在支板的顶部一侧开设有凹槽，凹槽的内壁底部设置有滚珠，滚珠的顶部固定连接有转动板，转动板的顶部固定连接有滚动杆。滚动杆上固定套接有第二齿轮，且第二齿轮与第一齿轮啮合。因此通过齿轮之间的传动，可实现滚动杆及其连与之连接的部分实现水平转动。滚动杆的顶端贯穿箱体的顶部并延伸至箱体的外侧，滚动杆的顶端固定连接有壳体。

图2 箱体的内部结构示意图

壳体的内部结构如图3所示，壳体的内壁底部从左往右依次固定连接有支柱和电动推杆，支柱的顶端固定连接有第一支座。第一支座上通过转轴活动连接有横杆，横杆的一端通过转轴与电动推杆的顶端活动连接，横杆的另一端上侧固定连接有第二支座。第二支座上通过转轴活动连接有支臂，支臂的顶部贯穿壳体并延伸至壳体的外侧。通过杠杆原理可知，电动推杆的上下运动可实现支臂的上下移动，从而实现与支臂连接的摄像头及固定装置的上下移动。

图3 壳体的内部结构示意图

摄像头及固定装置连接在壳体之上，通过支撑杆相连。支撑杆的顶端固定连接有横板，横板设置为中空结构。横板的一侧通过转轴活动连接有斜板，斜板的一侧底部固定连接有第三支座，第三支座上通过转轴与支臂的顶端活动连接。斜板的顶部固定连接有摄像头本体。

该摄像头转动装置与外界的主控器及蓄电池电连接，主控器可以为计算机等起到控制的设备。使用时，控制电动推杆上下升降调节摄像头本体的位置，同时，可以手动转动调节摄像头的位置。

2 转动装置的功能介绍

该机器人用摄像头的转动装置，解决了摄像头固定不动、不便于转动，视野范围受限的问题。本设计中摄像头的上下移动是通过电动推杆实现的。电动推杆是一种将电动机的旋转运动转变为推杆的直线往复运动的电力驱动装置。可用于各种简单或复杂的工艺流程中做为执行机械使用，以实现远距离控制、集中控制或自动控制。通过改变杠杆力臂长度，可以增大或减小运动行程。本设计中的电动推杆可与外部的自动控制装置相连，实现自动控制。通过对壳体内部的设置，在电动推杆、第一支座、横杆、第二支座和支臂的作用下，并且配合斜板和第三支座，达到了对摄像头进行上下调节的效果，提高了摄像头的摄像范围，方便使用，提高机器人的使用效率。

对摄像头水平转动的调节通过齿轮传动实现。齿轮机构是现代机械中应用最广泛的一种传动机构，它可以用来传递空间任意两轴间的运动和动力。齿轮与其它传动机构相比，优点为：结构紧凑、工作可靠、传动平稳、效率高、寿命长、能保证恒定的传动比，而且其传递的功率和适用的速度范围大。故齿轮机构广泛用于机械传动中。本设计中，通过对箱体内部的设置，在支板、竖杆、套筒、旋转杆、第一齿轮、滚珠、转动板、滚动杆和第二齿轮的作用下，只需转动把手，便可将摄像头轻松的转动调节，进一步提高摄像的范围，便于使用。

在功能设计上，转动装置可与外部控制设备相连，通过控制器把转动信号转换成相应的控制信号输出电动推杆，来控制推杆的转动进而带动摄像头完成转动。