一種土工離心模擬試驗用四自由度攝像頭支架的製作方法

2023-04-30 14:55:42 2

本實用新型涉及一種土工離心模擬試驗用輔助裝置，尤其涉及一種土工離心模擬試驗用四自由度攝像頭支架。

背景技術：

在巖土工程領域，土工離心模擬試驗利用縮尺比原理，將裝有土工模型的模型箱置於離心機吊籃中，模型受到數倍於重力的離心力，使尺寸縮小的模型土體再現原土體的應力狀態。

為實現土工離心模擬試驗過程中模擬試驗關注點的監測和圖像採集，需要在模型箱附近設置攝像頭，攝像頭通過攝像頭支架固定。因為每次土工離心模擬試驗的關注點不同，為保證攝像頭支架有一定通用性，要求攝像頭支架有足夠的調節範圍。而在離心模擬試驗中，攝像頭受到強離心力載荷，商業用攝像頭支架已難以保護攝像頭的安全，同時具備調節功能的商業用攝像支架結構在離心力場中也會失效。為保護攝像頭的安全且能捕捉到模擬試驗需要的圖像，現行土工離心模擬試驗中，主要採用以下兩種方法安裝攝像頭：

第一種方法是在模型箱外的吊籃上通過固定支架安裝攝像頭，通過調節攝像頭焦距可以得到土工模型的全景圖像；第二種方法是根據需要在模型箱箱壁上用固定支架安裝攝像頭，若要大範圍改變攝像頭的關注焦點，須通過改變固定支架的安裝位置來實現。

上述兩種傳統方法的缺陷是：

第一種方法的缺陷：採用在模型箱外固定位置安裝攝像頭，因為距離較遠，圖像較為模糊，所以無法得到局部清晰的圖像；

第二種方法的缺陷：攝像頭安裝在模型箱箱壁上，使攝像頭視角受限致，即使攝像頭支架有一定調節範圍，攝像死角也無法避免，所以通用性差，有攝像死角。

技術實現要素：

本實用新型的目的就在於為了解決上述問題而提供一種具有足夠剛度和足夠調節範圍的土工離心模擬試驗用四自由度攝像頭支架。

本實用新型通過以下技術方案來實現上述目的：

一種土工離心模擬試驗用四自由度攝像頭支架，包括橫杆、夾板、基座和攝像頭夾蓋，所述夾板的兩端分別置於兩條所述橫杆上並能夠在所述橫杆的軸向方向移動，所述夾板的中部設有豎向通孔，所述基座的上段為圓柱且穿過所述夾板的豎向通孔內，所述基座下段的兩側分別設有對稱分布的基座橫柱，所述攝像頭夾蓋的上端通過轉軸旋轉安裝於所述基座的中部，所述攝像頭夾蓋的中下段內部設有用於夾持攝像頭的攝像頭空腔，所述攝像頭夾蓋的下端兩側分別設有對稱分布的夾蓋凸塊，所述夾蓋凸塊與同側的所述基座橫柱之間分別與連接杆的兩端可移動且可旋轉連接。

上述結構中，橫杆作為主承重杆，一方面用於與夾板連接，另一方面便於安裝在試驗模型箱的頂部兩側箱壁上，兩條橫杆組成的橫移支架可以帶動整個攝像頭支架和攝像頭在與所述橫杆的軸向垂直的方向移動；夾板作為中間承重板，一方面用於安裝基座和攝像頭夾蓋，另一方面通過其兩端安裝在橫杆上並可以帶動基座、攝像頭夾蓋和攝像頭在與所述橫杆的軸向平行的方向移動；基座的上段為圓柱並置於夾板的豎向通孔內，在連接夾板與基座的同時使基座可以帶動攝像頭夾蓋和攝像頭繞自身中心軸線旋轉；攝像頭夾蓋的上端與基座通過轉軸旋轉連接，攝像頭夾蓋的下端兩側分別通過連接杆與基座下段兩側之間可移動且可旋轉連接，使攝像頭夾蓋可以帶動攝像頭繞轉軸旋轉。

為了使橫杆被限位、移動更加順暢且便於被夾板夾持，所述橫杆兩端的下部分別設有用於卡裝在試驗模型箱頂部箱壁上的橫杆直角缺口；所述橫杆上靠近所述夾板的一側設有與所述橫杆同軸向的直角缺口條。

為了確保達到離心試驗所需的高強度且便於加工並便於安裝基座，所述夾板由四個形狀和尺寸均相同的子夾板對稱組裝而成，所述子夾板的兩端下部分別設有夾板直角缺口，所述子夾板的中段一側設有半圓形凹槽，所述子夾板上設有豎向和橫向的夾板螺孔；上層的兩個所述子夾板對稱排列且由對應的兩個所述半圓形凹槽構成一個正圓形通孔，下層的兩個所述子夾板對稱排列且由對應的兩個所述半圓形凹槽構成一個正圓形通孔，上層的正圓形通孔和下層的正圓形通孔構成所述夾板的豎向通孔，上層的所述子夾板兩端的夾板直角缺口與下層的所述子夾板兩端的夾板直角缺口共同構成所述夾板兩端的夾持槽，所述夾板的兩端分別通過對應的所述夾持槽夾持在兩條所述橫杆上。

為了便於組裝夾板，所述子夾板的上邊或下邊的一側凸起形成凸條，橫向的夾板螺孔設於所述凸條上，上層橫向並列的兩個所述子夾板上部的所述凸條之間、下層橫向並列的兩個所述子夾板下部的所述凸條之間、上下層對應的兩個所述子夾板之間分別通過螺栓連接。

為了提高攝像頭夾蓋安裝後的平衡性，所述基座的中下段設有下端開口的基座內腔，所述攝像頭夾蓋的上端由下而上穿過所述基座內腔並通過所述轉軸旋轉安裝於所述基座內腔的上部。

為了便於加工攝像頭夾蓋並便於安裝攝像頭，所述攝像頭夾蓋由兩個形狀和尺寸均相同的子夾蓋對稱組裝而成，所述子夾蓋的上端設有夾蓋軸孔，所述子夾蓋的中下段設有夾蓋凹槽，所述子夾蓋的下端兩側分別設有子夾蓋凸塊，所述子夾蓋的中段設有多個夾蓋螺孔；兩個所述子夾蓋的夾蓋凹槽組成所述攝像頭空腔，同側的兩個所述子夾蓋凸塊組成所述夾蓋凸塊。

為了便於通過螺栓固定攝像頭夾蓋與基座的位置，所述基座的下端設有多個基座螺孔，多個所述基座螺孔分布在以所述轉軸與所述基座的交點為圓心的虛擬弧線上；為了穩定連接攝像頭夾蓋和基座且便於攝像頭夾蓋擺動旋轉，所述基座橫柱設有基座橫柱內腔，橫向的圓柱銷的兩端穿過所述基座橫柱內腔的兩側對稱腔壁上的通孔，所述圓柱銷的中部設有圓柱銷通孔；所述夾蓋凸塊設有夾蓋凸塊內腔，橫向的方柱銷的兩端分別置於所述夾蓋凸塊內腔的兩側對稱腔壁上的沉孔內，所述方柱銷的中部設有方柱銷通孔；所述連接杆為螺杆且其兩端分別穿過所述圓柱銷通孔和所述方柱銷通孔並通過螺母固定。

為了便於快速連接基座和夾板，所述基座的上端設有直徑大於所述夾板的豎向通孔直徑的端蓋，所述端蓋位於所述夾板的豎向通孔的上方。

本實用新型的有益效果在於：

本實用新型通過橫杆和夾板的配合結構實現了攝像頭夾蓋在兩個相互垂直的水平直線方向的移動功能，通過夾板、基座和攝像頭夾蓋的配合結構實現了攝像頭夾蓋在繞基座中心軸線旋轉的360°旋轉方向和繞轉軸旋轉的小角度旋轉擺動方向的旋轉功能，最終實現了攝像頭夾蓋四自由度調節的功能；本實用新型所述土工離心模擬試驗用四自由度攝像頭支架能夠安裝專用攝像頭，具有足夠的直線和旋轉調節範圍，使其能夠按需求實現模型箱內任一處位置的監控，能夠滿足同一模型箱內不同模擬試驗的需求，各個自由度的調節結構穩定可靠，能夠適應高離心力場的工作環境，調節方式簡單可靠且每個方向調整後均能穩固鎖緊。

附圖說明

圖1是本實用新型所述土工離心模擬試驗用四自由度攝像頭支架安裝於試驗模型箱內的立體圖，其中的試驗模型箱為剖視效果；

圖2是本實用新型所述土工離心模擬試驗用四自由度攝像頭支架的立體圖；

圖3是本實用新型所述土工離心模擬試驗用四自由度攝像頭支架的剖視圖；

圖4是本實用新型所述子夾板的立體圖；

圖5是本實用新型所述基座的主視剖視圖；

圖6是本實用新型所述基座的側視圖；

圖7是本實用新型所述子蓋板的立體圖；

圖8是本實用新型所述方柱銷的立體圖；

圖9是本實用新型所述圓柱銷的立體圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型作進一步說明：

如圖1所示，本實用新型所述土工離心模擬試驗用四自由度攝像頭支架2安裝於試驗模型箱1內，用於安裝攝像頭且使攝像頭(圖中未示)能夠對準試驗模型箱1內各個位置攝像，以協助完成離心試驗。

如圖2所示，本實用新型所述土工離心模擬試驗用四自由度攝像頭支架2包括橫杆21、夾板20、基座22和攝像頭夾蓋24，為了便於理解，下面先分別對各部件的具體結構進行說明，然後再具體說明各部件之間的連接結構。

如圖2所示，橫杆21兩端的下部分別設有用於卡裝在試驗模型箱1(見圖1的試驗模型箱1)頂部箱壁上的橫杆直角缺口(圖中未標記，但易於理解)；橫杆21上靠近夾板20的一側設有與橫杆21同軸向的直角缺口條(圖中未標記，但易於理解)。

如圖2和圖4所示，夾板20由四個形狀和尺寸均相同的子夾板201對稱組裝而成，子夾板201的兩端下部分別設有夾板直角缺口202，子夾板201的中段一側設有半圓形凹槽204，子夾板201上設有豎向和橫向的夾板螺孔203；上層的兩個子夾板201對稱排列且由對應的兩個半圓形凹槽204構成一個正圓形通孔，下層的兩個子夾板201對稱排列且由對應的兩個半圓形凹槽構204成一個正圓形通孔，上層的正圓形通孔和下層的正圓形通孔構成夾板20中部的豎向通孔(圖中未標記)，上層的子夾板201兩端的夾板直角缺口202與下層的子夾板201兩端的夾板直角缺口202共同構成夾板20兩端的夾持槽(圖中未標記)，夾板20的兩端分別通過對應的所述夾持槽夾持在兩條橫杆21的直角缺口條上；子夾板201的上邊或下邊的一側凸起形成凸條(圖中未標記)，橫向的夾板螺孔203設於該凸條上，上層橫向並列的兩個子夾板201上部的凸條之間、下層橫向並列的兩個子夾板201下部的凸條之間、上下層對應的兩個子夾板201之間分別通過螺栓連接。

如圖3、圖5和圖6所示，基座22的上端設有直徑大於夾板20的豎向通孔直徑的端蓋(圖中未標記)，基座22的上段為圓柱且其中心設有條形減重孔221，基座22的中下段設有下端開口的基座內腔(圖中未標記)，基座內腔的下端呈弧形且開口形成用於攝像頭夾蓋24擺動的弧形槽225，基座內腔的上部設有用於安裝轉軸26的基座軸孔222，基座22的下段的兩側分別設有對稱分布的基座橫柱224，基座橫柱224設有基座橫柱內腔(圖中未標記)，基座22的下端設有多個基座螺孔223，多個基座螺孔223分布在以轉軸26與基座22的交點為圓心的虛擬弧線上。

如圖2和圖7所示，攝像頭夾蓋24由兩個形狀和尺寸均相同的子夾蓋241對稱組裝而成，子夾蓋241的上端設有夾蓋軸孔242，子夾蓋241的中下段設有夾蓋凹槽245，夾蓋凹槽245的上部設有用於攝像頭電線穿過的出線槽243，子夾蓋241的下端兩側分別設有子夾蓋凸塊246，子夾蓋凸塊246上設有夾蓋銷孔247，子夾蓋241的中段設有多個夾蓋螺孔244；兩個子夾蓋241的夾蓋凹槽245組成用於夾持攝像頭且位於攝像頭夾蓋24內部的下端開口的攝像頭空腔，同側的兩個子夾蓋凸塊246組成攝像頭夾蓋24的夾蓋凸塊，同側的兩個子夾蓋凸塊246之間留下的空隙形成攝像頭夾蓋24的夾蓋凸塊的夾蓋凸塊內腔。

如圖8所示，方柱銷25的中段截面為四方形，兩端為圓柱251且其外徑小於中段，在其中部設有方柱銷通孔252；如圖9所示，圓柱銷28為圓柱形，一端設有外徑更大的銷帽，另一端設有用於銷栓穿過的栓孔，中段設有圓柱銷通孔281。

如圖2-圖9所示，夾板20的兩端分別通過夾持槽夾持於兩條橫杆21的直角缺口條上並能夠在橫杆21的軸向方向移動，基座22的上段穿過夾板20的豎向通孔，基座22上部的端蓋位於夾板20的豎向通孔的上方，攝像頭夾蓋24的上端由下而上穿過基座22的基座內腔並通過轉軸26旋轉安裝於基座內腔的上部，攝像頭夾蓋24的夾蓋凸塊與同側的基座橫柱224之間分別與連接螺杆23的兩端可移動且可旋轉連接，橫向的方柱銷25兩端的圓柱251分別置於攝像頭夾蓋24的夾蓋凸塊的夾蓋凸塊內腔的兩側對稱腔壁上的沉孔內，橫向的圓柱銷28的兩端穿過基座橫柱224的基座橫柱內腔的兩側對稱腔壁上的通孔，連接螺杆23的兩端分別穿過圓柱銷通孔281和所述方柱銷通孔252並通過螺母7固定。

如圖1-圖9所示，應用時，將攝像頭安裝在攝像頭夾蓋24的攝像頭空腔中，工作人員可以根據需要完成以下位置調節：

移動橫杆21，可以實現攝像頭在與橫杆21垂直的水平方向的直線移動調節；

移動夾板20，可以實現攝像頭在橫杆21的軸向方向(也為水平方向)的直線移動調節；

旋轉基座22，可以實現攝像頭在繞基座自身中心軸線旋轉的旋轉方向旋轉；

擺動旋轉攝像頭夾蓋24，可以實現攝像頭在繞轉軸26旋轉的旋轉方向擺動旋轉。

上述四種運動，可以實現攝像頭的四自由度調節，從而使其可以對準試驗模型箱1內的任何位置攝像和拍照。在調節過程中，調節前都需要先鬆開螺栓，調節完成後再擰緊螺栓，以確保其適應高離心力場的工作環境。

上述實施例只是本實用新型的較佳實施例，並不是對本實用新型技術方案的限制，只要是不經過創造性勞動即可在上述實施例的基礎上實現的技術方案，均應視為落入本實用新型專利的權利保護範圍內。