[发明专利]一种基于柔索驱动的四自由度仿生机械云台

权利要求书

1.一种基于柔索驱动的四自由度仿生机械云台，包括支撑组（Ⅰ），传动组（Ⅱ），动力组（Ⅲ）三部分；其特征在于：通过驱动安装在底端平台（Ⅰ-2）上的三个电机（Ⅲ-1-1，Ⅲ-2-1，Ⅲ-3-1）使得底端平台（Ⅰ-2）和中间平台（Ⅰ-6）之间的三根柔索（Ⅱ-3-1，Ⅱ-3-2，Ⅱ-3-3）长度发生变化，它们之间的气弹簧随之伸缩，从而使得这三根柔索（Ⅱ-3-1，Ⅱ-3-2，Ⅱ-3-3）始终处于张紧状态，使得中间平台（Ⅰ-6）有一个前后移动的自由度；通过驱动安装在中间平台（Ⅰ-6）上的四个电机（Ⅲ-4-1，Ⅲ-5-1，Ⅲ-6-1，Ⅲ-7-1）使得中间平台（Ⅰ-6）和摄像机平台（Ⅱ-5）之间的四根柔索（Ⅱ-4-1，Ⅱ-4-2，Ⅱ-4-3，Ⅱ-4-4）长度发生变化，摄像机平台（Ⅱ-5）绕与支撑杆（Ⅰ-10）相连的球铰转动；如果分别驱动同侧的两根柔索，则摄像机平台（Ⅱ-5）具有两自由度，如果分别驱动成对角的两对柔索，一对同时拉短，一对同时放长，则摄像机平台（Ⅱ-5）能够饶与支撑杆（Ⅰ-10）相连的球铰旋转一定的角度，从而使得摄像机平台（Ⅱ-5）具有四个自由度；摄像机（Ⅱ-6）通过螺钉固定连接在摄像机平台（Ⅱ-5）上。

2.根据权利要求1所述的基于柔索驱动的四自由度仿生机械云台，其特征在于：所述支撑组（Ⅰ）包括三个单电机架（Ⅰ-1-1，Ⅰ-1-2，Ⅰ-1-3），底端平台（Ⅰ-2），三个单导轮支架（Ⅰ-3-1，Ⅰ-3-2，Ⅰ-3-3），两个双导轮支架（Ⅰ-7-1，Ⅰ-7-2），七个导轮（Ⅰ-4-1，Ⅰ-4-2，Ⅰ-4-3，Ⅰ-8-1，Ⅰ-8-2，Ⅰ-8-3，Ⅰ-8-4），七个圆柱销（Ⅰ-5-1，Ⅰ-5-2，Ⅰ-5-3，Ⅰ-9-1，Ⅰ-9-2，Ⅰ-9-3，Ⅰ-9-4），支撑杆（Ⅰ-10）；所述传动组（Ⅱ）包括气弹簧活塞（Ⅱ-1），气弹簧缸筒（Ⅱ-2），七根柔索（Ⅱ-3-1，Ⅱ-3-2，Ⅱ-3-3，Ⅱ-4-1，Ⅱ-4-2，Ⅱ-4-3，Ⅱ-4-4），摄像机平台（Ⅱ-5），摄像机（Ⅱ-6）；所述动力组（Ⅲ）包括底端平台（Ⅰ-2）上安装的三个电机（Ⅲ-1-1、Ⅲ-2-1、Ⅲ-3-1），三个卷筒（Ⅲ-1-3、Ⅲ-2-3、Ⅲ-3-3），及三个相应的编码器（Ⅲ-1-2、Ⅲ-2-2、Ⅲ-3-2），中间平台（Ⅰ-6）上安装的四个电机（Ⅲ-4-1，Ⅲ-5-1，Ⅲ-6-1，Ⅲ-7-1）、四个卷筒（Ⅲ-4-3，Ⅲ-5-3，Ⅲ-6-3，Ⅲ-7-3）和四个相应的编码器（Ⅲ-4-2，Ⅲ-5-2，Ⅲ-6-2，Ⅲ-7-2）；所述底端平台（Ⅰ-2）上的三个电机（Ⅲ-1-1、Ⅲ-2-1、Ⅲ-3-1）通过三个单电机支架（Ⅰ-1-1，Ⅰ-1-2，Ⅰ-1-3）安装在底端平台（Ⅰ-2）上，呈120°分布，三个电机（Ⅲ-1-1、Ⅲ-2-1、Ⅲ-3-1）的电机轴上安装有卷筒（Ⅲ-1-3、Ⅲ-2-3、Ⅲ-3-3），并连接着对应的编码器（Ⅲ-1-2、Ⅲ-2-2、Ⅲ-3-2）；所述中间平台（Ⅰ-6）上的四个电机（Ⅲ-4-1，Ⅲ-5-1，Ⅲ-6-1，Ⅲ-7-1）、四个卷筒（Ⅲ-4-3，Ⅲ-5-3，Ⅲ-6-3，Ⅲ-7-3）和四个相应的编码器（Ⅲ-4-2，Ⅲ-5-2，Ⅲ-6-2，Ⅲ-7-2）通过两个双电机支架安装在中间平台（Ⅰ-6）上，两辆呈180°分布；三个单导轮支架（Ⅰ-3-1、Ⅰ-3-2、Ⅰ-3-3）分别安装在底端平台（Ⅰ-2）的凹槽中，三个导轮（Ⅰ-4-1，Ⅰ-4-2，Ⅰ-4-3）分别通过三个圆柱销（Ⅰ-5-1，Ⅰ-5-2，Ⅰ-5-3）安装在三个单导轮支架（Ⅰ-3-1、Ⅰ-3-2、Ⅰ-3-3）上；两个双导轮支架（Ⅰ-7-1、Ⅰ-7-2）分别安装在中间平台（Ⅰ-6）的凹槽中，四个导轮（Ⅰ-8-1，Ⅰ-8-2，Ⅰ-8-3，Ⅰ-8-4）分别通过四个圆柱销（Ⅰ-9-1，Ⅰ-9-2，Ⅰ-9-3，Ⅰ-9-4）安装在两个双导轮支架（Ⅰ-7-1、Ⅰ-7-2）上；所述支撑杆（Ⅰ-10）通过螺纹与中间平台（Ⅰ-6）固连，通过球铰与摄像机平台（Ⅱ-5）铰接；气弹簧由气弹簧活塞（Ⅱ-1）、气弹簧缸筒（Ⅱ-2）组成，气弹簧活塞（Ⅱ-1）和气弹簧缸筒（Ⅱ-2）的一端分别通过螺钉分别与底端平台（Ⅰ-2）、中间平台（Ⅰ-6）相连；所述七根柔索（Ⅱ-3-1，Ⅱ-3-2，Ⅱ-3-3，Ⅱ-4-1，Ⅱ-4-2，Ⅱ-4-3，Ⅱ-4-4）的其中三根柔索（Ⅱ-3-1，Ⅱ-3-2，Ⅱ-3-3）互相平行，通过中间平台（Ⅰ-6）上的三个圆环（Ⅰ-6-A、Ⅰ-6-B、Ⅰ-6-C）经三个导轮（Ⅰ-4-1、Ⅰ-4-2、Ⅰ-4-3）缠绕到底端平台（Ⅰ-2）上的三个卷筒（Ⅲ-1-3、Ⅲ-2-3、Ⅲ-3-3）上；

另外四根柔索（Ⅱ-4-1，Ⅱ-4-2，Ⅱ-4-3，Ⅱ-4-4），其中，第一根柔索（Ⅱ-4-1）一端固定在摄像机平台（Ⅱ-5）上的右上圆环（Ⅱ-5-B）上面，另一端通过固定在中间平台（Ⅰ-6）的凹槽中的双导轮支架（Ⅰ-7-1）上的导轮（Ⅰ-8-1）连接到固定于电机（Ⅲ-4-1）的卷筒（Ⅲ-4-3）上面；第二根柔索（Ⅱ-4-3）一端固定在摄像机平台（Ⅱ-5）上的右下圆环（Ⅱ-5-D）上面，另一端通过固定在中间平台（Ⅰ-6）的凹槽中的双导轮支架（Ⅰ-7-1）上的导轮（Ⅰ-8-2）连接到固定于电机（Ⅲ-5-1）的卷筒（Ⅲ-5-3）上面；第三根柔索（Ⅱ-4-2）一端固定在摄像机平台（Ⅱ-5）上的左上圆环（Ⅱ-5-A）上面，另一端通过固定在中间平台（Ⅰ-6）的凹槽中的双导轮支架（Ⅰ-7-2）上的导轮（Ⅰ-8-3）连接到固定于电机（Ⅲ-6-1）的卷筒（Ⅲ-6-3）上面；第四根柔索（Ⅱ-4-4）一端固定在摄像机平台（Ⅱ-5）上的左下圆环（Ⅱ-5-C）上面，另一端通过固定在中间平台（Ⅰ-6）的凹槽中的双导轮支架（Ⅰ-7-2）上的导轮（Ⅰ-8-4）连接到固定于电机（Ⅲ-7-1）的卷筒（Ⅲ-7-3）上面。