调平机构及视觉成像系统
技术领域
本实用新型涉及平台动态调平技术领域，具体而言，涉及一种调平机构及视觉成像系统。
背景技术
在现代社会中，经常需要使用到高平面度的平台，比如在空间交会对接、地面测量、导航、网络通信和编队控制等全物理仿真实验中，需要支撑整个地面仿真器，为地面仿真实验提供基础平台。除此之外，在许多自动化设备甚至机器人领域，其可以作为视觉设备或其他测量装置的云台。但目前市场上存在一些调平机构，大多是手动或者半自动调整，动态响应频率低，不能够满足现代工业的需求。
实用新型内容
本实用新型实施例的目的在于提供一种调平机构及视觉成像系统，以解决上述问题。本实用新型实施例通过以下技术方案来实现上述目的。
第一方面，本实用新型实施例提供一种调平机构，调平机构包括底板、安装平台、至少三个气缸、多个耳座、双轴倾角传感器以及控制模块。安装平台与底板相对设置，气缸设置于底板，气缸包括活塞。耳座连接于安装平台，每个气缸的活塞可转动的连接于一个耳座。双轴倾角传感器设置于安装平台，并可用于检测安装平台的倾角。控制模块与双轴倾角传感器以及气缸电性连接。
在一种实施方式中，调平机构还包括位置传感器，位置传感器用于检测活塞的伸缩量，位置传感器与控制模块电性连接。
在一种实施方式中，调平机构包括三组气缸，三组气缸的伸缩轴线相互平行且不共面。
在一种实施方式中，安装平台包括相背的第一表面和第二表面，第一表面朝向底板，双轴倾角传感器设置于第一表面。
在一种实施方式中，三组气缸包括第一气缸、第二气缸以及第三气缸，第一气缸、第二气缸以及第三气缸与安装平台的连接点之间的连线围成等腰三角形，第一气缸至第二气缸的连线距离与第一气缸至第三气缸的连线距离相等，双轴倾角传感器的一个检测轴线平行于第一气缸至第二气缸的连线，双轴倾角传感器的另一个检测轴线垂直于第一气缸与第二气缸的连线。
在一种实施方式中，双轴倾角传感器位于第二气缸和第三气缸之间。
在一种实施方式中，气缸包括底座，底座通过虎克铰可转动的连接于底板。
在一种实施方式中，虎克铰包括基座和十字轴，基座固定安装于底板，十字轴包括相互连接且相互垂直的第一铰轴和第二铰轴，第一铰轴转动安装于基座，第二铰轴转动安装于底座。
在一种实施方式中，第一气缸连接的十字轴的第一铰轴的延伸方向与第二气缸至第三气缸的连线平行；与第二气缸连接的十字轴的第一铰轴的延伸方向与第一气缸至第三气缸的连线平行；与第三气缸连接的十字轴的第一铰轴的延伸方向与第一气缸至第二气缸的连线平行。
第二方面，一种视觉成像系统，包括图像模组以及如上述任一装置的调平机构，图像模组设置于安装平台的远离底板的表面。
本实用新型提供的调平机构及视觉成像系统，利用至少三组气缸作为驱动件，达到对安装平台的实时调平。至少三组气缸采用多个耳座和虎克铰与安装平台和底板进行连接，提高调平精度与调平范围，实现了装置小型化。
本实用新型的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型实施例提供的一种调平机构的结构示意图。
图2是本实用新型实施例提供的一种气缸的结构示意图。
图3是本实用新型实施例提供的一种虎克铰的结构示意图。
图4是本实用新型实施例提供的一种单耳座的结构示意图。
图5是本实用新型实施例提供的一种双耳座的结构示意图。
图6是本实用新型实施例提供的一种视觉成像系统的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本实用新型实施例，下面将参照相关附图对本实用新型实施例进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施方式。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型实施例中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。
目前市场上存在一些调平机构，大多是手动调整或半自动调整，且基本是大型或重载型平台，基本使用螺纹或液压或电力驱动，灵活性差、动态响应频率低、人工调平难度大时间长、抗震性差、小型化能力有限，移动性能差。
发明人经过长期研究，提出了一种调平机构，利用气缸作为调平机构的驱动件，结构简单，动态响应好，抗震性好，并实现小型化。
请参阅图1，本实用新型实施例提供一种调平机构10，调平机构包括底板200、安装平台100、至少三个气缸300、多个耳座600、双轴倾角传感器500以及控制模块(图中未示出)。其中气缸300安装于底板200，安装平台100与底板200 相对设置，且气缸300设置于安装平台100与底板200之间。双轴倾角传感器 500设置于安装平台100并可以与控制模块之间进行信号传输。
在一些实施方式中，如图1所示，底板200大致呈矩形板状结构，底板200 作为整个装置的承载部分，除了承载整个装置的重量外，还能承载集成于安装平台100上其他装置的部分或者全部重量。底板200上还开设有用于安装气缸300 的安装孔。
在其他的一些实施方式中，底板200还可以是圆形、三角形等其他形状的板状结构，满足承载功能及安装气缸300功能即可。
请参阅图1，在一些实施方式中，至少三组气缸300设置于安装平台100与底板200之间，并将安装平台100与底板200连接成一个可产生相对运动的整体，起到支撑和调节安装平台100的作用，以气缸300作为调平机构10的驱动件，具有一定的抗震性。在本实施方式中，作为一种示例，调平机构10包括三组气缸300，三组气缸300的伸缩轴线相互平行且不共面。即三组气缸300与安装平台100的连接点之间围成三角形，有利于提高调平机构10的稳定性。此处，连接点是指：气缸300的伸缩轴线与安装平台100的交点。可以理解的是，在其他的一些实施方式中，三组气缸300的伸缩轴线也可以相互平行且共面设置，即三组气缸300的伸缩轴线位于同一平面，也能实现安装平台的角度调整。在另外的一些实施方式中，还可以有四组、五组甚至更多组的气缸300，实现对安装平台100的调平与连接功能即可。
为便于说明，三组气缸300包括第一气缸310、第二气缸320以及第三气缸 330，第一气缸310、第二气缸320以及第三气缸330与安装平台100的连接点之间的连线围成三角形，且第一气缸310至第二气缸320的连线距离与第一气缸 310至第三气缸330的连线距离相等，以构成以第一气缸310为顶点的等腰三角形。连线是指：气缸300的伸缩轴线与安装平台100或者底板200之间交点的连线。第一气缸310为顶点是指：第一气缸310的伸缩轴线与安装平台100或者底板200的交点。进一步的，第一气缸310、第二气缸320以及第三气缸330安装平台100的连接点之间的连线围成的还可以是等边三角形。
在一些实施方式中，如图2所示，气缸300大致呈圆柱体结构，气缸300具有朝向第一表面110设置的活塞340、朝向底板200设置的底座350。活塞340 用于与安装平台100进行连接。底座350通过虎克铰400连接于底板200。在气源的作用下，活塞340可在气缸300的缸体内部实现直线往复运动，通过活塞 340的直线往复运动，推动安装平台100进行运动，从而实现安装平台100的调平目的。
进一步的，调平机构10还可以包括电磁阀(图中未示出)，电磁阀是用来控制流体的自动化基础元件。其不仅能实现开启或者闭合，还能调整介质的方向、流量、速度等参数，通过使用电磁阀，实现对气源气体的控制，从而实现对活塞 340运动方向的控制。在本实施方式中，电磁阀作为控制气源所提供气体参数的基础元件，其可以选择性的向气缸300的缸体通入或者放出气体，并控制通入或者放出气体的速度、流量等。
请一并参阅图1和图3，本实施例中，气缸300通过虎克铰400安装于底板 200上。虎克铰400包括基座420和十字轴410，基座420固定安装于底板200。十字轴410包括相互连接且相互垂直的第一铰轴411和第二铰轴412，即第一铰轴411的延伸方向与第二铰轴412的延伸方向相互垂直。第一铰轴411转动安装于基座420，第二铰轴412转动安装于底座350，这样可以实现底座350相对于底板200的万向转动。
作为一种实施方式，本实施例中，与第一气缸310连接的十字轴410的第一铰轴411的延伸方向与第二气缸320至第三气缸330的连线平行；与第二气缸 320连接的十字轴410的第一铰轴411的延伸方向与第一气缸310至第三气缸 330的连线平行；与第三气缸330的十字轴410的第一铰轴411的延伸方向与第一气缸310至第二气缸320的连线平行。即每个十字轴410的延伸方向都与除该十字轴410所在气缸300的另外两个气缸300之间的连线平行。这样，三个第一铰轴411转轴的延伸方向相交，同样会形成等腰三角形。这样设置的好处在于，当气缸300伸缩活动时，底座350相对于底板200发生转动，而此时底座350仅需要绕第一铰轴411转动，在结构上更为稳定。
通过虎克铰400的十字轴410配合上述的两种等腰三角形，一方面，十字轴410由于包含相互垂直的两个铰轴，极大地提高了与虎克铰400相连气缸300的自由度，使得调平机构10具有更大的调平范围，更好的适应不同外界条件的能力以及更高的调平精度；另一方面，构成的等腰三角形能提高装置的稳定性，并且该调平机构10通过三组气缸300来调节，使该平台具有更好的抗震性。
可以理解的是，在其他的一些实施方式中，第一气缸310、第二气缸320、第三气缸330与安装平台100的连接点之间的连线形成的还可以是直角三角形等其他的形式，满足对安装平台支撑与调平功能即可。
请再次参阅图1，在一些实施方式中，耳座600包括单耳接头610和双耳座 620。在本实施方式中，作为一种示例，每个气缸300的活塞340都紧固连接有一个单耳接头610，每个单耳接头610连接双耳座620，双耳座620连接于安装平台100，并且双耳座620与安装平台100之间具有一定的可转动范围。三组气缸300固定连接于单耳接头610，单耳接头610连接于双耳座620以使三组气缸 300与安装平台100之间具有一定的转动范围。
请参阅图4，单耳接头610包括螺纹端612与单耳端611，螺纹端612上设置有外螺纹，通过外螺纹与活塞340螺纹连接。单耳端611设有安装孔，用于与双耳座620之间形成可转动连接。
请参阅图5，双耳座620包含螺纹底座622与第三铰轴621，螺纹底座622 与安装平台100之间螺纹紧固连接。第三铰轴621与单耳端611的安装孔可转动连接。在本实施方式中，作为一种示例，双耳座620的第三铰轴621的延伸线与该双耳座620连接于同一个气缸300的虎克铰400的第一铰轴411平行，以使三个第三铰轴621的延伸线的交点同样围成一个等腰三角形。
通过虎克铰400、单耳接头610、双耳座620将气缸300连接于底板200与安装平台100之间，一方面，使整个调平机构10的结构更加简单，使在较小表面积的底板200与安装平台100之间既可以安装气缸300，将整个装置控制在较小的尺寸范围内，实现调平机构10的小型化；另一方面，虎克铰400与底板200 连接、双耳座620与安装平台100连接，使气缸300具有更多的自由度，使之对安装平台100有更宽泛的调平范围，并利于提高调平过程中的快速响应和调平后安装平台100的稳定性。
请再次参阅图1，在一些实施方式中，安装平台100大致呈矩形板状结构，并与底板200相对设置。安装平台100开设有安装孔，用于安装双轴倾角传感器 500以及连接气缸300。安装平台100包括相背的第一表面110和第二表面120，第一表面110朝向底板200设置，双轴倾角传感器500安装于第一表面110。第二表面120可用于安装其他零部件，例如在一些实施方式中，可以用于安装图像模组，还可以在第二表面120上集成许多自动化设备、室外移动机器人以及其他需要时时处于水平状态的测量装置等。
在其他的一些实施方式中，安装平台100还可以是圆形、三角形等其它形状，满足足够的强度、刚度和能够安装上气缸300以及双轴倾角传感器500即可。在另外的一些实施方式中，安装平台100还可以不开设安装孔，此时安装平台100 可通过焊接等其他方式进行连接，满足连接的刚度以及强度即可。
底板200与安装平台100相对设置，在调平机构10工作时，通过安装平台 100与底板200之间连接的三组气缸300，使安装平台100与底板200之间产生相对运动，从而使安装平台100位于预定的位置，达到调平目的。
请再次参阅图1，在一些实施方式中，双轴倾角传感器500安装于第一表面 110，且位于第二气缸320与第三气缸330之间。双轴倾角传感器500为用于水平角度变化测量的仪器，双轴倾角传感器500较普通的单轴倾角传感器相比，包括相互垂直的两个检测轴线，可以测量互相垂直的两个方向的角度。在本实施方式中，作为一种示例，双轴倾角传感器500的一个检测轴线平行于第一气缸310 至第二气缸320的连线，另一个检测轴线垂直于第一气缸310与第二气缸320的连线。这样就使双轴倾角传感器500两个检测轴线互相垂直。通过将双轴倾角传感器500安装于安装平台100上，并将双轴倾角传感器500的两个轴线相互垂直设置，以使无论安装平台100实时空间位置朝着何种方向倾斜，双轴倾角传感器 500总能检测出安装平台100的倾斜角度。
在其他的一些实施方式中，双轴倾角传感器500的一个检测轴线也可以在第二气缸320与第三气缸330的连线上，此时另一个检测轴线垂直于第二气缸320 至第三气缸330的连线，或者还可以双轴倾角传感器500的一个检测轴线在第一气缸310与第三气缸330的连线上，另一个检测轴线垂直于第一气缸310与第三气缸330的连线。安装双轴倾角传感器时满足双轴倾角传感器500的两个检测轴线相互垂直即可。
进一步的，请再次参阅图1，调平机构还可以包括位置传感器700，位置传感器700设置于活塞310。位置传感器700能感受被测物的位置并转换成可用输出信号的传感器，当调平机构10工作时，气缸300在气源的作用下，活塞340会伸出或者缩回，位置传感器700能够检测到活塞340伸出或者缩回的行程，并将行程转换为电信号。在本实施方式中，作为一种示例，位置传感器700可以是光栅尺，其测量输出的信号为数字脉冲，具有检测范围大，检测精度高，响应速度快的特点。在其他的一些实施方式中，位置传感器700还可以是霍尔式传感器等其他的用于检测直线位移的传感器，满足动态响应好、检测精度高的要求即可。
请参阅图1，调平机构10还包括控制模块，控制模块与双轴倾角传感器500、气缸300、位置传感器700之间电性连接，以实现信号和/或控制指令的传输。控制模块可以包括数据处理器以及控制器，数据处理器能接收双轴倾角传感器500 以及位置传感器700采集的数据，并进行数据处理，处理后的数据发送给控制器，控制器接收处理后的数据，并向气缸300发送控制指令，从而控制活塞340的伸出或者缩回。
综上，为了便于说明，请再次参阅图1，在调平机构10未工作时，安装平台 100通过三组气缸300支撑在底板200上。三组气缸300与底板200的交点之间的连线构成等腰三角形、连接三组气缸300与底板200的第一铰轴411的延伸线构成等腰三角形、连接三组气缸300与安装平台100的第三铰轴621的延伸线构成等腰三角形。当外界条件改变，双轴倾角传感器500实时检测安装平台100与水平面的倾角，利用位置传感器700以及控制模块实现对气缸300伸出或者缩回量的控制，由于多个等腰三角形的作用，通过调节仅一个或者两个气缸即可实现对安装平台10俯仰、翻转的调平，减少对气缸的调整数量有利于节约能源。例如，当安装平台100在垂直于任一第一铰轴411方向倾斜时，此时安装平台100 与水平面之间会形成一个俯仰倾角，此时只需调整与倾斜方向垂直的气缸300的伸出或者缩回，消除俯仰倾角，即可实现调平。再例如，当安装平台100出现侧翻时，以第一气缸310为例，保持第一气缸310静止，通过调整第二气缸320以及第三气缸330，消除侧翻所产生的倾角，实现调平。
初步调平后，双轴倾角传感器500会再次检测安装平台100与水平面是否有倾角，如有，则继续执行上一个过程，如此循环，从而形成一个闭环控制，这个循环过程是动态的实时的，循环频率是可设定的，从而实时的将安装平台100调节至水平状态。
通过双轴倾角传感器500、位置传感器700以及控制模块，将调平机构10的调平控制形成一个闭环控制，从而提高调平机构10的动态响应频率，并由于闭环控制的精度更高，从而提高了调平机构10的调平精度，以及实现全自动化调平。另一方面，通过多个耳座600以及虎克铰400将气缸300连接于底板200与安装平台100之间，简化了装置的结构，实现了调平机构10的小型化。
参阅图6，本实施例还提供一种视觉成像系统1，包括图像模组11以及如上任一项所述的调平机构10，图像模组11设置于安装平台100的远离底板200的表面。
在一些实施方式中，图像模组11可以是摄像头，摄像头设置于安装平台100。该视觉成像系统1可集成于室外移动机器人，作为机器人视觉系统，对机器人的运动提供视觉保障。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
