王宇航，蔡婷婷，蔡 雪

機器人是自動執(zhí)行工作的機器裝置，它既可以接受人類指揮，又可以運行預(yù)先編排的程序，還可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動。它的任務(wù)是協(xié)助或取代人類某種特殊的工作，例如生產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)，或是危險的工作。目前在每個機器人上都會安裝有攝像頭，但是這些攝像頭都是固定不動的，不便于轉(zhuǎn)動，視野范圍受限，且存在死角。針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本文設(shè)計了一種新型智能機器人用攝像頭的轉(zhuǎn)動裝置，解決了攝像頭固定不動、不便于轉(zhuǎn)動，視野范圍受限的問題。

1 轉(zhuǎn)動裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計

智能機器人用攝像頭的轉(zhuǎn)動裝置如圖1所示，包括機器人本體，在機器人本體頂部固定連接有箱體，箱體之上為一殼體結(jié)構(gòu)，殼體通過支臂和支撐桿連接攝像頭及其固定裝置。

圖1 結(jié)構(gòu)示意圖

箱體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。在箱體的內(nèi)腔底部固定連接有支板，支板的一側(cè)固定連接有豎桿，且豎桿的頂部固定連接有套筒。套筒上穿插設(shè)置有旋轉(zhuǎn)桿，旋轉(zhuǎn)桿的一端貫穿箱體并延伸至箱體的外側(cè)與把手連接。旋轉(zhuǎn)桿的另一端連接第一齒輪。在支板的頂部一側(cè)開設(shè)有凹槽，凹槽的內(nèi)壁底部設(shè)置有滾珠，滾珠的頂部固定連接有轉(zhuǎn)動板，轉(zhuǎn)動板的頂部固定連接有滾動桿。滾動桿上固定套接有第二齒輪，且第二齒輪與第一齒輪嚙合。因此通過齒輪之間的傳動，可實現(xiàn)滾動桿及其連與之連接的部分實現(xiàn)水平轉(zhuǎn)動。滾動桿的頂端貫穿箱體的頂部并延伸至箱體的外側(cè)，滾動桿的頂端固定連接有殼體。

圖2 箱體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

殼體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示，殼體的內(nèi)壁底部從左往右依次固定連接有支柱和電動推桿，支柱的頂端固定連接有第一支座。第一支座上通過轉(zhuǎn)軸活動連接有橫桿，橫桿的一端通過轉(zhuǎn)軸與電動推桿的頂端活動連接，橫桿的另一端上側(cè)固定連接有第二支座。第二支座上通過轉(zhuǎn)軸活動連接有支臂，支臂的頂部貫穿殼體并延伸至殼體的外側(cè)。通過杠桿原理可知，電動推桿的上下運動可實現(xiàn)支臂的上下移動，從而實現(xiàn)與支臂連接的攝像頭及固定裝置的上下移動。

圖3 殼體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

攝像頭及固定裝置連接在殼體之上，通過支撐桿相連。支撐桿的頂端固定連接有橫板，橫板設(shè)置為中空結(jié)構(gòu)。橫板的一側(cè)通過轉(zhuǎn)軸活動連接有斜板，斜板的一側(cè)底部固定連接有第三支座，第三支座上通過轉(zhuǎn)軸與支臂的頂端活動連接。斜板的頂部固定連接有攝像頭本體。

該攝像頭轉(zhuǎn)動裝置與外界的主控器及蓄電池電連接，主控器可以為計算機等起到控制的設(shè)備。使用時，控制電動推桿上下升降調(diào)節(jié)攝像頭本體的位置，同時，可以手動轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)攝像頭的位置。

2 轉(zhuǎn)動裝置的功能介紹

該機器人用攝像頭的轉(zhuǎn)動裝置，解決了攝像頭固定不動、不便于轉(zhuǎn)動，視野范圍受限的問題。本設(shè)計中攝像頭的上下移動是通過電動推桿實現(xiàn)的。電動推桿是一種將電動機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橥茥U的直線往復(fù)運動的電力驅(qū)動裝置?？捎糜诟鞣N簡單或復(fù)雜的工藝流程中做為執(zhí)行機械使用，以實現(xiàn)遠距離控制、集中控制或自動控制。通過改變杠桿力臂長度，可以增大或減小運動行程。本設(shè)計中的電動推桿可與外部的自動控制裝置相連，實現(xiàn)自動控制。通過對殼體內(nèi)部的設(shè)置，在電動推桿、第一支座、橫桿、第二支座和支臂的作用下，并且配合斜板和第三支座，達到了對攝像頭進行上下調(diào)節(jié)的效果，提高了攝像頭的攝像范圍，方便使用，提高機器人的使用效率。

對攝像頭水平轉(zhuǎn)動的調(diào)節(jié)通過齒輪傳動實現(xiàn)。齒輪機構(gòu)是現(xiàn)代機械中應(yīng)用最廣泛的一種傳動機構(gòu)，它可以用來傳遞空間任意兩軸間的運動和動力。齒輪與其它傳動機構(gòu)相比，優(yōu)點為：結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、傳動平穩(wěn)、效率高、壽命長、能保證恒定的傳動比，而且其傳遞的功率和適用的速度范圍大。故齒輪機構(gòu)廣泛用于機械傳動中。本設(shè)計中，通過對箱體內(nèi)部的設(shè)置，在支板、豎桿、套筒、旋轉(zhuǎn)桿、第一齒輪、滾珠、轉(zhuǎn)動板、滾動桿和第二齒輪的作用下，只需轉(zhuǎn)動把手，便可將攝像頭輕松的轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)，進一步提高攝像的范圍，便于使用。

在功能設(shè)計上，轉(zhuǎn)動裝置可與外部控制設(shè)備相連，通過控制器把轉(zhuǎn)動信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制信號輸出電動推桿，來控制推桿的轉(zhuǎn)動進而帶動攝像頭完成轉(zhuǎn)動。

3 結(jié)束語

機器人用攝像頭轉(zhuǎn)動裝置是在原有的基礎(chǔ)上增設(shè)轉(zhuǎn)動裝置，利用轉(zhuǎn)動裝置改變攝像頭轉(zhuǎn)動方向，擴大攝像頭掃射范圍，消除視野死角，達到擴大視野增強視頻采集質(zhì)量的效果。所設(shè)計的轉(zhuǎn)動裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊，動靜態(tài)性能好的特點，為機器人系統(tǒng)的仿真提供了關(guān)鍵設(shè)備

[1]吳谷河，杜經(jīng)民，李寶仁.水下轉(zhuǎn)動角度控制裝置研究[J].液壓氣動與密封，2001（01）：38-39.

[2]袁 強.紫外線消毒燈的轉(zhuǎn)動裝置[J].中國醫(yī)療器械信息，2006（02）：38-39.

[3]宋艷霞，陸伯印.三坐標測量機轉(zhuǎn)動裝置的設(shè)計[J].試驗技術(shù)與試驗機，2003（01）：23-24.

[4]周廣勇，范斌斌，何冬琦.GPS接收機天線相位中心偏差檢測自動轉(zhuǎn)動裝置[J].工業(yè)計量，2016（04）：23-26.

[5]樊松林.大型天線座方位支承轉(zhuǎn)動裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].現(xiàn)代雷達，2005（04）：67-70.

[6]沈 潔，甄國涌，邢 進.攝像頭穩(wěn)定平臺的設(shè)計[J].機械工程與自動化，2009（05）：77-78，81.