[發明專利]一種多軸直線電機驅動的仿生視覺平臺

無效

• 申請號: 201110110359.0
• 申請日: 2011-04-28
• 公開（公告）號: CN102263893A
• 公開（公告）日: 2011-11-30
• 發明（設計）人: 余文勇;艾武;金煒;歐陽曲;孫長江;吳文鑫
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H04N5/232
• 分類號: H04N5/232;F16M11/42
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術領域

本發明屬于機器視覺技術和直線電機控制技術領域，具體涉及一種多軸直線電機驅動的仿生視覺平臺。

背景技術

機器視覺是一項包括數字圖像處理技術、機械工程技術、控制技術、電光源照明技術、光學成像技術、計算機軟硬件技術和人機接口技術等技術的一項綜合技術。因為機器視覺系統可以快速獲取大量信息，而且易于同設計信息及加工控制信息集成，因此，機器視覺技術作為一種檢測控制手段已經日益引起人們的重視并在工業控制中得到了越來越廣泛的應用。

直線電機是一種將電能直接轉換成直線運動機械能，而不需要任何中間轉換機構的傳動裝置。它可以看成是一臺旋轉電機按徑向剖開，并展成平面而成。長期以來，在各種工程技術中需要直線驅動力時，主要是采用旋轉電機并通過曲柄連桿、蝸輪蝸桿或滾珠絲杠等傳動機構來獲得。但是，這種傳動形式往往會帶來結構復雜、重量體積大、嚙合精度差。且工作不可靠等缺點。而采用直線電機不需要中間轉換裝置，能夠直接產生直線運動。相比旋轉電機，直線電機具有結構簡單、適合高速直線運動、易于調節和控制的優點，最主要的是極大地提高了進給的快速反應能力和控制精度，而且省去了電刷等易損零件，提高了壽命和可靠性。且裝配靈活性大，適應性強，運動平穩，維護簡單。

近年來，機器人視覺技術的發展日益完善，并在機器手自動裝配、無人駕駛以及一些復雜場景作業(如資源探測、災害救援、挖掘、登月)中得到廣泛的應用。根據人眼運動機理，不僅液體鏡頭技術應運而生，近年來以仿生眼為代表的機器人視覺技術也發展迅速。由于人眼視覺系統通過不斷調節和改變晶狀體曲率(特別是前端曲率)使外界物體清晰成像于視網膜上，并依靠外眼肌肉控制眼珠轉動使得運動物體始終成像于視網膜中央，因此在Wakamatsu眼球運動機構模型中，通過分別采用伺服電機和加速計來實現眼睛肌肉功能和半規管功能，進而用結構化的神經網絡信息處理系統自動選擇控制規律來實現眼睛的協調運動。近幾年國內外關于機器人仿生眼的運動控制系統及其應用的研究層出不窮。但是，在復雜場景應用過程中也暴露出來一系列問題，主要有攝像頭的振動問題，被測物體因高速移動導致離焦并容易逃離視野的問題以及被測物體因表面特征或惡劣環境影響對焦的問題。隨著自主機器人系統研究的逐步開展和深入，上述問題日益突出。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多軸直線電機驅動的仿生視覺平臺，該平臺通過兩臺直線電機控制仿生眼的兩個自由度，且通過兩臺直線電機的快速移動保證攝像頭可以捕捉到動態物體目標，而直線電機的高速，高精和高靈敏度等特點可以有效保證對運動目標的快速實時追蹤。

本發明提供了一種多軸直線電機驅動的仿生視覺平臺，包括主機、運動控制卡、運動機構、攝像機和圖像采集卡，上述各部分依次串連組成閉合回路，主機通過運動控制卡控制運動機構，運動機構帶動攝像機轉動，攝像機采集圖像，通過圖像采集卡輸出至主機。

進一步的，所述的運動機構包括第一驅動器、第二驅動器、水平直線電機、豎直直線電機、連接塊和兩個連桿，運動控制卡控制第一驅動器和第二驅動器，第一驅動器驅動豎直直線電機運動，第二驅動器驅動水平直線電機運動，水平直線電機的動子與豎直直線電機的定子垂直固連，連接塊與豎直直線電機的動子連接，兩個連桿平行設置，兩個連桿的一端均與連接塊連接，另一端均與攝像機連接。

進一步的，兩個連桿通過兩個球銷副與連接塊連接，連接塊與其中一個球銷副的連接點為一圓孔，與另一個球銷副的連接點為滑動長槽。

進一步的，所述攝像機有一支座，兩個連桿均通過移動副與攝像機的支座連接。

進一步的，它還包括一基架，攝像機的支座通過球銷副與基架連接。

進一步的，所述移動副為支座上的導槽，導槽中有一直線軸承，連桿伸入導槽中能夠在直線軸承內作軸向滑動。

進一步的，連接塊中設有限定槽，限定槽內裝有一直線軸承，一固定滑桿穿過直線軸承。

本發明具有以下技術特點：

(1)本發明所述的仿生視覺平臺采用視覺伺服控制，與基于傳統傳感器的機器人控制相比，具有比較明顯的優點，即具有更高的靈活性，更高的精度，能夠對標定誤差具有強的魯棒性。

(2)本發明所述的仿生視覺平臺采用具有高速高精等特點的直線電機，能夠很好的完成仿生眼各種姿態調整，同時也擁有快速補償外部干擾所造成的偏差的能力。在直線電機控制下的視覺跟蹤機構其調整速度和跟蹤精度較高，有能力應對復雜環境下的工作要求。