智能機器人用攝像頭轉動裝置結構設計

王宇航，蔡婷婷，蔡 雪

機器人是自動執行工作的機器裝置，它既可以接受人類指揮，又可以運行預先編排的程序，還可以根據以人工智能技術制定的原則綱領行動。它的任務是協助或取代人類某種特殊的工作，例如生產業、建筑業，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，不便于轉動，視野范圍受限，且存在死角。針對現有技術的不足，本文設計了一種新型智能機器人用攝像頭的轉動裝置，解決了攝像頭固定不動、不便于轉動，視野范圍受限的問題。

1 轉動裝置的結構設計

智能機器人用攝像頭的轉動裝置如圖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構，殼體通過支臂和支撐桿連接攝像頭及其固定裝置。

圖1 結構示意圖

箱體的內部結構如圖2所示。在箱體的內腔底部固定連接有支板，支板的一側固定連接有豎桿，且豎桿的頂部固定連接有套筒。套筒上穿插設置有旋轉桿，旋轉桿的一端貫穿箱體并延伸至箱體的外側與把手連接。旋轉桿的另一端連接第一齒輪。在支板的頂部一側開設有凹槽，凹槽的內壁底部設置有滾珠，滾珠的頂部固定連接有轉動板，轉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，可實現滾動桿及其連與之連接的部分實現水平轉動。滾動桿的頂端貫穿箱體的頂部并延伸至箱體的外側，滾動桿的頂端固定連接有殼體。

圖2 箱體的內部結構示意圖

殼體的內部結構如圖3所示，殼體的內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。第一支座上通過轉軸活動連接有橫桿，橫桿的一端通過轉軸與電動推桿的頂端活動連接，橫桿的另一端上側固定連接有第二支座。第二支座上通過轉軸活動連接有支臂，支臂的頂部貫穿殼體并延伸至殼體的外側。通過杠桿原理可知，電動推桿的上下運動可實現支臂的上下移動，從而實現與支臂連接的攝像頭及固定裝置的上下移動。

圖3 殼體的內部結構示意圖

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，橫板設置為中空結構。橫板的一側通過轉軸活動連接有斜板，斜板的一側底部固定連接有第三支座，第三支座上通過轉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備。使用時，控制電動推桿上下升降調節攝像頭本體的位置，同時，可以手動轉動調節攝像頭的位置。

2 轉動裝置的功能介紹

該機器人用攝像頭的轉動裝置，解決了攝像頭固定不動、不便于轉動，視野范圍受限的問題。本設計中攝像頭的上下移動是通過電動推桿實現的。電動推桿是一種將電動機的旋轉運動轉變為推桿的直線往復運動的電力驅動裝置。可用于各種簡單或復雜的工藝流程中做為執行機械使用，以實現遠距離控制、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。本設計中的電動推桿可與外部的自動控制裝置相連，實現自動控制。通過對殼體內部的設置，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節的效果，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。

對攝像頭水平轉動的調節通過齒輪傳動實現。齒輪機構是現代機械中應用最廣泛的一種傳動機構，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相比，優點為：結構緊湊、工作可靠、傳動平穩、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。故齒輪機構廣泛用于機械傳動中。本設計中，通過對箱體內部的設置，在支板、豎桿、套筒、旋轉桿、第一齒輪、滾珠、轉動板、滾動桿和第二齒輪的作用下，只需轉動把手，便可將攝像頭輕松的轉動調節，進一步提高攝像的范圍，便于使用。

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

3 結束語

機器人用攝像頭轉動裝置是在原有的基礎上增設轉動裝置，利用轉動裝置改變攝像頭轉動方向，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量的效果。所設計的轉動裝置具有結構緊湊，動靜態性能好的特點，為機器人系統的仿真提供了關鍵設備

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

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

[3]宋艷霞，陸伯印.三坐標測量機轉動裝置的設計[J].試驗技術與試驗機，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動裝置[J].工業計量，2016（04）：23-26.

[5]樊松林.大型天線座方位支承轉動裝置結構設計[J].現代雷達，2005（04）：67-70.

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