并联式仿生眼的绝对位置获取装置

1.本发明涉及仿生机器人技术领域，更具体地涉及一种并联式仿生眼的绝对位置获取装置。


背景技术：

2.仿生眼是通过模拟动物视觉系统构建的人工视觉系统，其对于机器人正如眼球对于人类一样，是获取客观世界信息的重要感知设备，提升仿生眼在控制、传感器数据处理等方面的性能指标，能够使机器人更好地应用于生产、生活过程。
3.并联式构型的可动仿生眼因为具有结构紧凑、末端尺寸小、活动范围大、功耗低等优势是仿生眼技术发展的一个重要方向。并联式仿生眼的精准的眼球运动控制、视觉跟踪、立体视觉测距等功能与并联式三轴转台绝对位置的获取息息相关。中国专利zl202111115399.4公开了一种并联式三自由度仿生眼装置，其通过安装在电机端的位置获取装置获取三个电机的位置信息，从而获得与三个电机相连的三个转盘的位置信息，然后根据三个转盘的位置信息得到传感器部件的位置信息。
4.但是，现有的并联式三自由度仿生眼装置的电机通过齿轮与转盘相连，电机与转盘之间的齿轮比大于1，即电机需转动多圈，对应转盘才会转动一圈，这将导致转盘的位置信息无法直接通过位置获取装置获取；一种常用的方法是控制三个电机进行多次运动，借助末端传感器(例如相机、imu传感器等)采集的信息来辅助计算仿生眼的初始位姿状态，而由于仿生眼初始位姿未知，盲目控制电机转动易导致六根连杆运动到某些极限位置而发生自锁，自锁后无法通过三个电机恢复至正常工作状态；且上述方法较复杂，耗时长，增加仿生眼装置的使用复杂性。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种并联式仿生眼的绝对位置获取装置，以直接快速地获取转盘的绝对位置信息，从而获得传感器部件的绝对位置信息。
6.基于上述目的，本发明提供一种并联式仿生眼的绝对位置获取装置，包括：
7.传感器部件；
8.基板，固定于所述传感器部件的下方；
9.转盘组件，包括由上至下依次设置的第一转盘、第二转盘和第三转盘，所述第一转盘的上方设有上固定基座，所述第三转盘的下方设有下固定基座，所述第一转盘、所述第二转盘和所述第三转盘可相对于所述上固定基座和所述下固定基座转动；
10.三个连杆组件，所述基板通过三个连杆组件分别与所述第一转盘、所述第二转盘和所述第三转盘相连；
11.电机组件，包括三个电机，三个电机穿过所述下固定基座而分别延伸进所述第一转盘、所述第二转盘和所述第三转盘的内部，并分别与所述第一转盘、所述第二转盘和所述第三转盘转动连接；
12.所述上固定基座上设有码盘，每个连杆组件上均设置有位置读取装置，所述位置读取装置与所述码盘相配合以获得所述连杆组件的绝对位置信息。
13.进一步地，每个连杆组件均包括上连杆和下连杆，所述上连杆的一端与所述基板铰接，所述上连杆的另一端与所述下连杆的一端铰接，所述下连杆的另一端与所述第一转盘、所述第二转盘或所述第三转盘固定连接。
14.进一步地，所述上连杆的一端通过上深沟球轴承与所述基板铰接，所述上连杆的另一端通过下深沟球轴承与所述下连杆的一端铰接。
15.进一步地，所述下连杆和与所述下连杆铰接的深沟球轴承之间的轴向夹角为0
°‑
180
°
。
16.进一步地，所述上深沟球轴承和所述下深沟球轴承的轴线相交于一点。
17.进一步地，所述电机具有末端齿轮，所述第一转盘、所述第二转盘和所述第三转盘的内表面具有内圈齿轮，三个电机的末端齿轮分别与所述第一转盘、所述第二转盘和所述第三转盘的内圈齿轮啮合。
18.进一步地，所述传感器部件为摄像传感器、激光传感器、tof传感器、超声波传感器或毫米波雷达。
19.进一步地，所述码盘为增量式码盘或绝对式码盘。
20.进一步地，当所述码盘为增量式码盘时，所述码盘上设置有至少一个零位标志。
21.进一步地，所述码盘为绝对式码盘时，通过三个位置读取装置读取所述码盘分别获得三个连杆组件的绝对位置信息。
22.本发明的并联式仿生眼的绝对位置获取装置，将码盘设置在上固定基座上，三个位置读取装置则分别固定在三个连杆组件的下连杆上，通过三个位置读取装置读取码盘的信息而获得三个下连杆的绝对位置信息，进而获得传感器部件的绝对位置信息，也就是说，本发明通过一个码盘即可获得传感器部件的绝对位置信息，降低了成本，且杜绝了其他方法在仿生眼初始状态未知的情况下盲目转动转盘以计算传感器部件位置信息而可能导致末端机构锁死的风险。
附图说明
23.图1为根据本发明实施例的并联式仿生眼的绝对位置获取装置的结构示意图；
24.图2为根据本发明实施例的并联式仿生眼的绝对位置获取装置的主视图；
25.图3为根据本发明实施例的并联式仿生眼的绝对位置获取装置的半剖图；
26.图4为根据本发明实施例的并联式仿生眼的绝对位置获取装置的俯视图；
27.图5为根据本发明实施例的并联式仿生眼的绝对位置获取装置的仰视图。
具体实施方式
28.下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。
29.如图1、图2、图3、图4和图5所示，本发明提供一种并联式仿生眼的绝对位置获取装置，包括传感器部件100、固定在传感器部件100下方而用于承载传感器部件100的基板200、三个连杆组件300以及转盘组件400，转盘组件400包括自上而下依次设置的第一转盘410、第二转盘420和第三转盘430，第一转盘410上方固定有上固定基座500，第三转盘430下方固
定有下固定基座600，上固定基座500和下固定基座600彼此相对固定，第一转盘410、第二转盘420和第三转盘430均可相对于上固定基座500和下固定基座600转动；第一转盘410、第二转盘420和第三转盘430分别通过三个连杆组件300与基板200相连；下固定基座600下方设有电机组件700；上固定基座500上设置有码盘810，三个连杆组件300上均设置有位置读取装置820(即读数头)，以通过位置读取装置820与码盘810的配合(码盘810和位置读取装置820即为编码器，通过编码器获取绝对位置信息)获取连杆组件300的绝对位置信息。
30.在一些实施例中，传感器部件100用于模拟眼球视网膜功能，其可以是能够获取场景数据的各类传感器件，包括但不限于摄像传感器、激光传感器、tof传感器、超声波传感器、毫米波雷达等传感器件，用于获取例如距离、位置、姿态、颜色、形状、面积、名称、轮廓等各类场景或者场景物体的信息。传感器部件100与基板200的相对固定姿态不受限制，可以为任意方向。
31.在一些实施例中，三个连杆组件300可绕基板200的周向均匀排布。连杆组件300包括呈弧状的上连杆310和基本竖直的下连杆320。上连杆310的一端可通过上深沟球轴承330与基板200铰接，以使基板200的旋转姿态由三根上连杆310的状态共同控制；上连杆310的另一端可通过下深沟球轴承340与下连杆320的一端铰接，下连杆320的另一端则与第一转盘410、第二转盘420或第三转盘430的外表面固定，当第一转盘410、第二转盘420和第三转盘430发生转动时，将分别带动与其相连的下连杆320产生旋转运动，下连杆320则带动与其相连的上连杆310产生联动，从而通过三个转盘的转动影响基板200的姿态，进而对固定在基板200上的传感器部件100的姿态产生影响。
32.在一些实施例中，下连杆320和与其连接的下深沟球轴承340之间的轴向夹角在0
°‑
180
°
之间，且三个上深沟球轴承330的轴线与三个下深沟球轴承340的轴线相交于一点(即六根轴线相交于一点)。需要说明的是，三个上连杆310的中间部分可以形状不同，但两端的相对位置关系必须相同。
33.在一些实施例中，位置读取装置820可固定在下连杆320上，从而跟随三个转盘410、420和430一起转动，三个位置读取装置820可通过与码盘810配合而得到三个转盘410、420和430的绝对位置信息。
34.电机组件700包括三个电机710，三个电机710均具有末端齿轮720，三个电机710穿过下固定基座600而分别延伸进第一转盘410、第二转盘420和第三转盘430的内部，第一转盘410、第二转盘420和第三转盘430的内表面均设置有内圈齿轮440，三个电机710的末端齿轮720分别与第一转盘410、第二转盘420和第三转盘430的内圈齿轮440啮合，从而使得每个电机710均可驱动一个转盘转动，三个转盘410、420和430则分别通过三个电机710驱动而产生转动，当三个电机710的转速不同时，三个转盘410、420和430也会产生不同速度的转动。在一些实施例中，三个转盘410、420和430、上固定基座500以及下固定基座600之间可通过四个深沟球轴承900相互嵌套，即上固定基座500与第一转盘410通过一个深沟球轴承900相连，下固定基座600与第三转盘430之间通过一个深沟球轴承900连接，第一转盘410与第二转盘420之间、第二转盘420与第三转盘430之间分别通过两个深沟球轴承900连接，从而使任意一个转盘转动。
35.当第一转盘410、第二转盘420和第三转盘430转动时，三个下连杆320上的位置读取装置820也会跟随它们一起转动，从而使三个位置读取装置820相对于码盘810产生转动，
这样，三个位置读取装置820可分别获得与第一转盘410、第二转盘420和第三转盘430相连接的三个下连杆320的转动角度信息。
36.在一些实施例中，码盘810可以为增量式码盘或绝对式码盘，当采用绝对式码盘时，三个位置读取装置820可直接获取三个下连杆320的绝对位置信息，也即三个转盘的绝对位置信息；当采用增量式码盘时，可在增量式码盘上设置若干零位标志，在并联式仿生眼的绝对位置获取装置启动阶段，传感器部件100位置未知的情况下，通过三个电机710控制第一转盘410、第二转盘420和第三转盘430同向同速转动，待三个位置读取装置820均读取到零位标记即可计算出三个位置读取装置820的绝对位置，进而通过仿生眼运动关系模型即可以计算出传感器部件100的绝对位置信息。这样一方面仅通过一个码盘810即可完成绝对位置获取，降低了成本；另一方面杜绝了其他方法在仿生眼初始状态未知的情况下盲目转动转盘而可能导致末端机构锁死的风险。码盘810和位置读取装置820相互配合而获得位置信息属于本领域常规技术，其原理此处不再赘述。
37.在一些实施例中，传感器部件100、三个电机710和三个位置读取装置820均可通过线缆与外部的控制处理模块(图中未示出)电连接。控制处理模块可以是各种计算机或者数据处理器，其通过三个位置读取装置820实时反馈位置信息，以控制三个电机710转动相应角度，继而驱动第一转盘410、第二转盘420和第三转盘430产生转动。结合特定姿态位置信息和仿生眼运动关系模型可以计算出对应电机710需要转动的角度，然后控制处理模块控制电机710转动，从而实现传感器部件100的特定姿态的控制。
38.仿生眼运动关系模型可参见中国专利zl202111115399.4，此处不再赘述。
39.在一些实施例中，码盘810的尺寸可以尽量大，从而在同样的码盘密度加工工艺水平下可以做到更小的码盘分辨率，进而获得更高的转盘转角获取精度。由于位置读取装置820安装在下连杆320上，因此其获取的就是下连杆320的转动角度信息，而现有技术获取的是电机的转动角度信息，由于齿轮传动存在误差，因此其与下连杆320的实际转动角度也会与误差，也就是说，本发明的仿生眼的精度更高。
40.本发明的并联式仿生眼的绝对位置获取装置，将码盘810设置在上固定基座500上，三个位置读取装置820则分别固定在三个连杆组件300的下连杆320上，通过三个位置读取装置820读取码盘810的信息而获得三个下连杆320的绝对位置信息，进而获得传感器部件100的绝对位置信息，也就是说，本发明通过一个码盘810即可获得传感器部件100的绝对位置信息，消除了现有技术中由于齿轮间隙导致的误差，提升了传感器姿态估计精度，并降低了成本，且杜绝了其他方法在仿生眼初始状态未知的情况下盲目转动转盘以计算传感器部件位置信息而可能导致末端机构锁死的风险。
41.以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

技术特征：
1.一种并联式仿生眼的绝对位置获取装置，其特征在于，包括：传感器部件；基板，固定于所述传感器部件的下方；转盘组件，包括由上至下依次设置的第一转盘、第二转盘和第三转盘，所述第一转盘的上方设有上固定基座，所述第三转盘的下方设有下固定基座，所述第一转盘、所述第二转盘和所述第三转盘可相对于所述上固定基座和所述下固定基座转动；三个连杆组件，所述基板通过三个连杆组件分别与所述第一转盘、所述第二转盘和所述第三转盘相连；电机组件，包括三个电机，三个电机穿过所述下固定基座而分别延伸进所述第一转盘、所述第二转盘和所述第三转盘的内部，并分别与所述第一转盘、所述第二转盘和所述第三转盘转动连接；所述上固定基座上设有码盘，每个连杆组件上均设置有位置读取装置，所述位置读取装置与所述码盘相配合以获得所述连杆组件的绝对位置信息。2.根据权利要求1所述的并联式仿生眼的绝对位置获取装置，其特征在于，每个连杆组件均包括上连杆和下连杆，所述上连杆的一端与所述基板铰接，所述上连杆的另一端与所述下连杆的一端铰接，所述下连杆的另一端与所述第一转盘、所述第二转盘或所述第三转盘固定连接。3.根据权利要求2所述的并联式仿生眼的绝对位置获取装置，其特征在于，所述上连杆的一端通过上深沟球轴承与所述基板铰接，所述上连杆的另一端通过下深沟球轴承与所述下连杆的一端铰接。4.根据权利要求3所述的并联式仿生眼的绝对位置获取装置，其特征在于，所述下连杆和与所述下连杆铰接的深沟球轴承之间的轴向夹角为0
°‑
180
°
。5.根据权利要求3所述的并联式仿生眼的绝对位置获取装置，其特征在于，所述上深沟球轴承和所述下深沟球轴承的轴线相交于一点。6.根据权利要求1所述的并联式仿生眼的绝对位置获取装置，其特征在于，所述电机具有末端齿轮，所述第一转盘、所述第二转盘和所述第三转盘的内表面具有内圈齿轮，三个电机的末端齿轮分别与所述第一转盘、所述第二转盘和所述第三转盘的内圈齿轮啮合。7.根据权利要求1所述的并联式仿生眼的绝对位置获取装置，其特征在于，所述传感器部件为摄像传感器、激光传感器、tof传感器、超声波传感器或毫米波雷达。8.根据权利要求1所述的并联式仿生眼的绝对位置获取装置，其特征在于，所述码盘为增量式码盘或绝对式码盘。9.根据权利要求8所述的并联式仿生眼的绝对位置获取装置，其特征在于，当所述码盘为增量式码盘时，所述码盘上设置有至少一个零位标志。10.根据权利要求8所述的并联式仿生眼的绝对位置获取装置，其特征在于，所述码盘为绝对式码盘时，通过三个位置读取装置读取所述码盘分别获得三个连杆组件的绝对位置信息。

技术总结
本发明涉及一种并联式仿生眼的绝对位置获取装置，包括传感器部件；基板，固定于传感器部件的下方；转盘组件，包括依次设置的三个转盘，第一转盘的上方设有上固定基座，第三转盘的下方设有下固定基座，三个转盘可相对于上固定基座和下固定基座转动；三个连杆组件，基板通过其分别与三个转盘相连；电机组件，包括三个电机，穿过下固定基座而分别延伸进三个转盘内后分别与其转动连接；上固定基座上设有码盘，每个连杆组件上均设置有位置读取装置，其与码盘相配合以获得连杆组件的绝对位置信息。本发明的并联式仿生眼的绝对位置获取装置，通过一个码盘即可获得传感器部件的绝对位置信息，提升了传感器姿态估计精度，且避免初始化时设备卡死的问题。时设备卡死的问题。时设备卡死的问题。


技术研发人员：王开放 柳俊 李嘉茂 张晓林
受保护的技术使用者：中国科学院上海微系统与信息技术研究所
技术研发日：2023.05.09
技术公布日：2023/8/13