土工離心機用六自由度攝像頭支座的製作方法

2023-11-02 10:32:51 2

本發明屬於土工離心機技術領域，具體涉及土工離心機用六自由度攝像頭支座。

背景技術：

土工離心模型試驗可為研究土工基礎的性狀提供直接的理論數據，對探索理論分析與經驗觀察的差異提供有力的幫助。通過離心模擬試驗模擬隧洞開挖的施工過程，研究群洞隧道施工對地表沉降的影響,預測群洞隧道施工過程中地表沉降的空間分布形態，研究隧洞內支護壓力與地層位移的關係以及土層穩定與破壞機理,並提出相應的支護土壓力計算公式。土工離心機挖洞機械手是一類用於離心場下模擬隧道開挖的機載試驗設備，挖洞機械手安裝完畢後如圖1所示。攝像頭主要用於直觀地觀察和監控挖洞機械手在離心場下的工作狀態，為了達到最佳的觀測角度和最大的觀察範圍，攝像頭自由度越多越好、攝像範圍越大越好。

在土工離心模型試驗領域，攝像頭支座應用很廣泛。常見的攝像頭支座如圖2所示，該支座通過將攝像頭固定於具有一定仰角的支座上，可以達到一定的攝像範圍。另一種攝像頭支座如圖3所示，該支座通過調整螺母和調節螺杆可調整攝像頭沿z向移動、及繞z向旋轉，進而調整攝像頭的攝像範圍。

傳統攝像頭支座的不足之處分別是：攝像頭可調整的自由度少和攝像頭的可攝像範圍有限，進而只能採用多攝像頭組合進行觀測，導致安裝結構組合困難並且需要花費大量的成本，以上情況急需進行改進。

技術實現要素：

本發明的目的就在於為了解決上述問題而提供土工離心機用六自由度攝像頭支座。

本發明通過以下技術方案來實現上述目的：

土工離心機用六自由度攝像頭支座，包括固定在土工離心機本體上的底座，

包括可使攝像頭沿z軸自由轉動的z向調整機構；

包括可使攝像頭沿y軸自由轉動的y向旋轉架；

包括可使攝像頭沿x軸自由轉動的x向平移機構；

z向調整機構的一固定端與底座固定連接，z向調整機構和y向平移機構通過z向旋轉架連接，y向平移機構和y向旋轉架連接，攝像頭可轉動的連接到x向平移機構上，x向平移機構固定在y向旋轉架上。

具體地，z向調整機構包括z向調整螺杆、第一z向調整螺母和第二z向調整螺母，z向調整螺杆沿z軸向安裝，z向調整螺杆的一端固定在底座上，第一z向調整螺母和第二z向調整螺母均套裝在z向調整螺杆上。

進一步地，z向旋轉架的第一端設置有圓孔，z向調整螺杆穿過圓孔設置，並且z向旋轉架的第一端被夾裝在第一z向調整螺母和第二z向調整螺母之間。

優選地，z向旋轉架的第一端設置的圓孔直徑大於z向調整螺杆的直徑，小於第一z向調整螺母、第二z向調整螺母的外徑。

具體地，y向平移機構包括y向平移架，y向旋轉架包括兩個轉動盤、兩個固定盤和環形的安裝架，y向平移架的上端兩側分別連接一個固定盤，y向平移架的下端與z向旋轉架的第二端連接，兩個轉動盤分別固定安裝在安裝架一端的兩側，兩個轉動盤外側壁分別與兩個固定盤的內側壁貼合，轉動盤上圍繞其軸心設置有多個第四通孔，固定盤上對應轉動盤上通孔的位置設置有圓弧形第三通孔，轉動盤和固定盤通過多個y向旋轉定位螺栓固定。

具體地，攝像頭固定在x向旋轉架上，x向旋轉架上相對的兩側壁上均設置有轉軸，x向平移機構包括兩個相互平行設置的x向平移架，x向平移架的中部側壁設置有可供轉軸穿入並進行轉動的凹槽，x向旋轉架設置於兩個x向平移架之間，且兩個轉軸分別置於兩個x向平移架內，x向平移架上設置有多個與凹槽連通的螺孔，x向旋轉定位螺釘旋入螺孔抵緊轉軸。

具體地，在y向平移架上設置有2個相互平行的條形第一通孔，在z向旋轉架上設置有兩條相互平行的條形第五通孔，第一通孔和第五通孔大小形狀相同；y向平移架和z向旋轉架連接時，一個第一通孔和一個第五通孔貼合，多個y向平移定位螺栓分別穿過兩個配套的第一通孔和第五通孔後旋緊鎖定；y向平移架和z向旋轉架相對滑動，攝像頭在y軸方向移動。

具體地，安裝架的x軸向的兩條側邊上均設置有一個條形的第二通孔，兩個第二通孔相互平行，在每個x向平移架的兩端分別設置有一個z軸方向的第六通孔；兩個x向平移架可在安裝架的x軸向的兩條側邊上滑動，且每個第六通孔始終與一個第二通孔連通，攝像頭在x軸方向移動，通過四個x向平移定位螺栓穿過連接的第六通孔和第二通孔後旋緊鎖定。

本發明的有益效果在於：

本發明土工離心機用六自由度攝像頭支座，通過六個自由度攝像頭支座使得攝像頭在每個方位都可以進行調整，從而有利於找到最佳的觀察角度；六自由度攝像頭支座使得攝像頭的觀測範圍大大增加。

附圖說明

圖1是挖洞機械手安裝完畢結構示意圖；

圖2是常見攝像頭支座的第一種安裝結構示意圖；

圖3是常見攝像頭支座的第二種安裝結構示意圖；

圖4是本發明土工離心機用六自由度攝像頭支座的結構示意圖；

圖5是本發明中x向平移機構的結構示意圖；

圖6是本發明中y向旋轉架的結構示意圖。

圖中：1-底座、2-z向調整機構、21-z向調整螺杆、22-第一z向調整螺母、23-第二z向調整螺母、3-z向旋轉架、4-y向平移機構、41-y向平移架、42-第一通孔、5-y向旋轉架、51-轉動盤、52-固定盤、53-y向旋轉定位螺栓、54-安裝架、55-第二通孔、56-第三通孔、6、攝像頭、7-x向平移機構、71-x向平移架、72-x向旋轉定位螺釘、8-x向旋轉架。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步說明：

如圖4、圖5和圖6所示，自定義x、y、z軸，土工離心機用六自由度攝像頭6支座，包括固定在土工離心機本體上的底座1，包括可使攝像頭6沿z軸自由轉動的z向調整機構2；包括可使攝像頭6沿y軸自由轉動的y向旋轉架5；包括可使攝像頭6沿x軸自由轉動的x向平移機構7；z向調整機構2的一固定端與底座1固定連接，z向調整機構2和y向平移機構4通過z向旋轉架3連接，y向平移機構4和y向旋轉架5連接，攝像頭6可轉動的連接到x向平移機構7上，x向平移機構7固定在y向旋轉架5上。

z向調整機構2包括z向調整螺杆21、第一z向調整螺母22和第二z向調整螺母23，z向調整螺杆21沿z軸向安裝，z向調整螺杆21的一端固定在底座1上，第一z向調整螺母22和第二z向調整螺母23均套裝在z向調整螺杆21上。

z向旋轉架3的第一端設置有圓孔，z向調整螺杆21穿過圓孔設置，並且z向旋轉架3的第一端被夾裝在第一z向調整螺母22和第二z向調整螺母23之間。

z向旋轉架3的第一端設置的圓孔直徑大於z向調整螺杆21的直徑，小於第一z向調整螺母22、第二z向調整螺母23的外徑。

y向平移機構4包括y向平移架41，y向旋轉架5包括兩個轉動盤51、兩個固定盤52和環形的安裝架54，y向平移架41的上端兩側分別連接一個固定盤52的下端，y向平移架41的下端與z向旋轉架3的第二端連接，兩個轉動盤51分別固定安裝在安裝架54一端的兩側，兩個轉動盤51外側壁分別與兩個固定盤52的內側壁貼合，轉動盤51上圍繞其軸心設置有多個第四通孔，固定盤52上對應轉動盤51上通孔的位置設置有圓弧形第三通孔56，轉動盤51和固定盤52通過多個y向旋轉定位螺栓53固定。

攝像頭6固定在x向旋轉架8上，x向旋轉架8上相對的兩側壁上均設置有轉軸，x向平移機構7包括兩個相互平行設置的x向平移架71，x向平移架71的中部側壁設置有可供轉軸穿入並進行轉動的凹槽，x向旋轉架8設置於兩個x向平移架71之間，且兩個轉軸分別置於兩個x向平移架71內，x向平移架71上設置有多個與凹槽連通的螺孔，x向旋轉定位螺釘72旋入螺孔抵緊轉軸。

在y向平移架41上設置有2個相互平行的條形第一通孔42，在z向旋轉架3上設置有兩條相互平行的條形第五通孔，第一通孔42和第五通孔大小形狀相同；y向平移架41和z向旋轉架3連接時，一個第一通孔42和一個第五通孔貼合，多個y向平移定位螺栓分別穿過兩個配套的第一通孔42和第五通孔後旋緊鎖定；y向平移架41和z向旋轉架3相對滑動，攝像頭6在y軸方向移動。

安裝架54的x軸向的兩條側邊上均設置有一個條形的第二通孔55，兩個第二通孔55相互平行，在每個x向平移架71的兩端分別設置有一個z軸方向的第六通孔；兩個x向平移架71可在安裝架54的x軸向的兩條側邊上滑動，且每個第六通孔始終與一個第二通孔55連通，攝像頭6在x軸方向移動，通過四個x向平移定位螺栓穿過連接的第六通孔和第二通孔55後旋緊鎖定。

x軸向旋轉自由度的實現：

x向旋轉架8設置於兩個x向平移架71之間，x向旋轉架8依靠轉軸相對於兩個x向平移架71轉動，當旋轉至需要方位後，通過x向旋轉定位螺釘72可將x向旋轉架8位置固定，從而實現攝像頭6繞x軸向的旋轉自由度。

y軸向旋轉自由度的實現：

固定盤52上設計了圓弧形第三通孔56，轉動盤51上設計了多個定位用的第四通孔，轉動盤51繞圓弧形第三通孔56中軸線旋轉一定方位後，通過多個y向旋轉定位螺栓53定位，由此實現了攝像頭6繞y軸向的旋轉自由度。在本發明中y向旋轉定位螺栓53至少為3個，確保了定位的可靠性。本發明優選地，當圓弧形第三通孔56的兩端極限位置處均正對一個第四通孔時，第三通孔56是共與5個第四通孔連通。

z軸向旋轉自由度的實現：

z向旋轉架3的第一端夾裝在第一z向調整螺母22和第二z向調整螺母23之間，z向調整螺杆21沿z軸向安裝；在調整之前，將第一z向調整螺母22和第二z向調整螺母23沿z向調整螺杆21旋至想要的位置，確定了攝像頭6的豎向高度，之後再將z向旋轉架3繞z向調整螺杆21轉動，確定了攝像頭6的位置後，再用第一z向調整螺母22和第二z向調整螺母23旋轉夾緊z向旋轉架3，由此實現了攝像頭6繞z軸向的旋轉自由度。

此外y向平移架41和z向旋轉架3可以相對滑動，之後通過多個y向平移定位螺栓固定，由此實現了攝像頭6沿y向平移架41與z向旋轉架3之間相對移動方向的移動。

此外x向平移架71和安裝架54可以相對滑動，之後四個x向平移定位螺栓穿過連接的第六通孔和第二通孔55後旋緊鎖定，由此實現了攝像頭6沿x向平移架71與安裝架54之間相對移動方向的移動。

以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特徵和優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其效物界定。