[发明专利]一种气囊驱动的三自由度仿生眼

说明书

本发明属于仿生机器人技术领域，具体公开了一种气囊驱动的三自由度仿生眼，包括半球型仿生眼，半球型仿生眼上设有三自由度驱动机构，三自由度驱动机构包括平台固定底板，平台固定底板上设有相互配合的线性驱动结构和柔性驱动结构，线性驱动结构、柔性驱动结构均与半球型仿生眼相连接；本发明通过气体对线性气囊驱动器、柔性气囊驱动器的驱动，使得半球型仿生眼具备三自由度运动调节能力，由于采用气体方式进行调节，采用平台固定底板进行一体化承载，使得本发明噪音低、重量小、结构简单紧凑便于装配、便携程度高等特点，大大提升了对目标图像捕捉的稳定性及灵活性。

技术领域

本发明属于仿生机器人技术领域，具体涉及一种气囊驱动的三自由度仿生眼，同时还涉及该气囊驱动的三自由度仿生眼的方法。

背景技术

近年来，仿生学发展迅速，其中视觉仿生更是成为前沿交叉学科的研究热点，涉及神经生理学、仿生学、控制科学和计算机科学等。视觉仿生的主要应用为仿生眼，它是模拟生物眼睛系统的原理来构建人工视觉系统，使其具有类似于生物系统眼睛的特征或功能。因为人类的眼睛是最高级的，也是研究最透彻的，故仿生眼主要是模拟人眼。

人类感知客观世界有80％以上的信息是通过眼睛获取，对于机器人来说，“眼睛”也是准确获取与理解外界环境信息的关键部件。随着机器人应用领域的扩大，一些特种机器人已经走进我们生活，例如无人机、地面移动机器人、水下机器人等。为了扩大监测视场，机器人上多安装多自由度仿生眼。然而，机器人在复杂的环境下作业时，易受到自身姿态变化、跟踪目标位置变化以及外界环境变化等因素影响，进而导致监控目标丢失等。另外，由于机器人振动、摇晃会出现图像跳动、偏转等问题，增加了图像处理以及机器人任务规划与操作等方面的难度。目前的仿生眼大多为结构复杂、体积大、重量大、噪音大，所以应用场景受限。

发明内容

为了解决仿生眼在实际使用时遇到的一系列问题，本发明提供了一种具备三自由度调节、结构紧凑、运动灵活、噪音低、重量小、结构简单便于装配、控制方便、驱动方式稳定可靠的气囊驱动的三自由度仿生眼，同时提供了相应的方法。

基于上述目的，本发明通过如下技术方案实现：

一种气囊驱动的三自由度仿生眼，包括半球型仿生眼，半球型仿生眼上设有三自由度驱动机构，三自由度驱动机构包括平台固定底板，平台固定底板上设有相互配合的线性驱动结构和柔性驱动结构，线性驱动结构、柔性驱动结构均与半球型仿生眼相连接。

优选地，半球型仿生眼包括半球型仿生壳体，半球型仿生壳体球面侧的端部设有图像采集器，半球型仿生壳体平面侧设有仿生底壳体，仿生底壳体靠近半球型仿生壳体的一侧设有壳体滑槽；半球型仿生壳体内侧端部均布有至少两个壳体凸起，壳体凸起均与壳体滑槽相配合。

优选地，线性驱动结构包括三组间隙配合的线性气囊驱动器；线性气囊驱动器包括与仿生底壳体相连接的球铰连杆，球铰连杆的端部设有与平台固定底板相连接的线性伸缩气囊，线性伸缩气囊上套设有气囊支撑架；气囊支撑架的一端与球铰连杆间隙配合，另一端与平台固定底板相连接；线性伸缩气囊上设有线性气管，气管上设有控制气阀。

优选地，柔性驱动结构包括两组间隙配合的柔性气囊驱动器；柔性气囊驱动器包括设置在平台固定底板上的柔性伸缩气囊，柔性伸缩气囊远离平台固定底板的一端设有柔性绳索，柔性伸缩气囊上套设有气囊支撑架；柔性绳索均通过设置在仿生底壳体上的柔性绳连接环与设置在半球型仿生壳体上的柔性绳固定环相连接；柔性伸缩气囊上套设有气囊支撑架；气囊支撑架的一端与柔性绳索间隙配合，另一端与平台固定底板相连接；柔性伸缩气囊上设有气管，气管上设有控制气阀；线性伸缩气囊、柔性伸缩气囊均包括多个间隙配合的可折叠环形气囊圈，可折叠环形气囊圈通过气囊连接环相连接，气囊连接环间通过气囊伸缩弹簧相连接。

优选地，仿生底壳体上设有调节弹簧，调节弹簧活动端的一端与仿生底壳体相连接，调节弹簧活动端的另一端与设置在半球型仿生壳体内的固定凸块相连接；柔性绳连接环之间、柔性绳固定环之间、柔性伸缩气囊之间均相对于仿生底壳体中心对称；柔性伸缩气囊均与线性伸缩气囊间隙配合。