一种具有安全防护功能的摄影机器人系统发明专利

专利名称：一种具有安全防护功能的摄影机器人系统

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202210412529.9

专利申请（专利权）人：中仪英斯泰克进出口有限公司,中仪英斯泰克科技有限公司
权利人地址：北京市海淀区中关村南大街5号理工科技大厦四层

专利发明（设计）人：屈肖蕾,汪晓,苏自力,郝振利,刚勇,孙宇,胥婧,王建,俞乐

专利摘要：本发明属于摄影机器人技术领域，具体的说是一种具有安全防护功能的摄影机器人系统，包括机器人主体、摄像头和防护组件，防护组件包括固定板、第一卷筒和第二卷筒，第一卷筒固连在固定板上，第一卷筒的内部卷绕有第一卷帘，第一卷筒和第二卷筒上均安装有驱动电机；本发明通过二号雷达实时检测摄像头周围的环境，当摄像头周围有物体快速靠近时，上位机能够控制防护组件启动，利用第一卷帘和第二卷帘的配合将摄像头包裹使得快速向摄像头靠近的物体能够直接撞在第一卷帘和第二卷帘上，防止了快速靠近的物体直接撞在摄像头上，造成摄像头出现损坏的情况，保证了摄像头的周围发生危险情况且无法躲避时，防护组件能够为摄像头提供被动防护。

主权利要求：一种具有安全防护功能的摄影机器人系统
技术领域
[0001] 本发明属于摄影机器人技术领域，具体的说是一种具有安全防护功能的摄影机器人系统。
背景技术
[0002] 摄影机器人是视觉特效的重要素材拍摄装备，摄影机器人控制摄影机运动，其轨迹被精准地记录、存储在计算机内，轨迹数据可以编辑修改，拍摄轨迹可以精确再现，这是人工操作无法实现的，因此需要摄影机器人的参与；实践中，同一运动轨迹拍摄的各层影像素材在计算机中，用3D图像软件制作出多种复杂的特技影视效果，例如比例缩放、群体效果、多次拍摄等。
[0003] 目前市场已有摄影机器人，在机器人执行拍摄运动时，由于摄影机器人执行的是自动轨迹且速度较快，而机器人周围的工作人员可能误入机器人的工作范围，造成人员伤害，此外，若机器人运动轨迹设计中对周围实际存在的物体考虑不周，则机器人运动可能与周围物体发生碰撞，造成财产损坏，特别是摄影机器人中摄影机的成本高昂，若发生碰撞将发生较大财产损失，因此需要对摄影机应加以特别防护；
[0004] 现有的摄影机器人进行防护的措施主要是主动防护，通过激光雷达识别周围的环境，若机器人在运动范围内出现障碍物时，激光雷达能够进行快速识别，通过相关程序控制机器人减速或者停下；但是摄影机器人缺少被动防护，若机器人运动范围内出现物体倾倒等意外情况，且倾倒物体直接向摄影机器人砸去，而此时激光雷达识别到物体，并控制摄影机器人减速或停止，并无法有效阻止快速靠近的物体将摄影机器人中脆弱的摄像头砸坏，其中现有部分摄影机器人能够主动更改移动轨迹进行避障，但是因为倾倒物体倾倒的速度非常快，且激光雷达无法预判物体的倾倒轨迹，此时摄影机器人的激光雷达识别出障碍物，摄影机器人也无法作出快速反应以避开倾倒的物体。
[0005] 鉴于此，本发明通过提出一种具有安全防护功能的摄影机器人系统，以解决上述技术问题。
发明内容
[0006] 为了弥补现有技术的不足，解决现有的摄影机器人主要是主动防护对摄像头进行保护，而缺少被动防护对摄像头进行保护等技术问题，本发明提出一种具有安全防护功能的摄影机器人系统。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0008] 本发明的一种具有安全防护功能的摄影机器人系统，包括：
[0009] 底座，底座上固连有机器人主体；
[0010] 机器人前臂，机器人前臂的前端转动连接有连接架，连接架之间固连有悬架；
[0011] 摄像头，摄像头活动连接在悬架的下方，悬架的内部安装有用于驱动摄像头运动的伺服电机；
[0012] 摄像头的底部固连有二号雷达；
[0013] 还包括：
[0014] 防护组件，防护组件设置在摄像头的上方；
[0015] 防护组件包括：
[0016] 固定板，固定板固连在连接架上，并以摄像头的中心线为参照线对称分布；
[0017] 第一卷筒，第一卷筒固连在固定板上，第一卷筒的内部卷绕有第一卷帘；
[0018] 第二卷筒，第二卷筒固连在连接架之间，且位于摄像头的上方，第二卷筒的内部卷绕有第二卷帘；
[0019] 第一卷帘和第二卷帘的外侧端部均固连有配重块，且第一卷帘和第二卷帘的材质均为不锈钢钢板；
[0020] 第一卷筒和第二卷筒上均安装有驱动电机，驱动电机用于驱动第一卷帘和第二卷帘展开与收卷。
[0021] 优选的，机器人主体的根部两侧，且位于底座的上方固连有一号雷达。
[0022] 优选的，摄像头的底部且位于二号雷达的两侧固连有伸缩板；
[0023] 伸缩板的端部开设有防滑槽。
[0024] 优选的，伸缩板与第一卷筒之间的垂直距离小于第一卷帘展开的最大长度。
[0025] 优选的，摄像头的两侧固连有多个支撑杆。
[0026] 优选的，支撑杆的端部滑动连接有凸块，凸块与支撑杆的内部连接处之间固连有缓冲弹簧。
[0027] 优选的，固定板的上端且位于摄像头镜头前方一侧为圆弧状。
[0028] 优选的，固定板之间的距离小于第二卷帘的宽度。
[0029] 优选的，第一卷帘和第二卷帘的内侧均开设有多个凹槽。
[0030] 优选的，摄像头与悬架的连接处，且位于摄像头上开设有缓冲槽；
[0031] 摄像头的上端与悬架的下端通过缓冲槽滑动连接；
[0032] 缓冲槽的内侧与悬架的下端之间固连有复位弹簧。
[0033] 本发明的有益效果如下：
[0034] 1.本发明一种具有安全防护功能的摄影机器人系统，通过二号雷达实时检测摄像头周围的环境，当摄像头周围有物体快速靠近时，上位机能够控制防护组件启动，利用第一卷帘和第二卷帘的配合，使得摄像头的两侧以及前方镜头位置均能起到良好的防护作用，使得快速向摄像头靠近的物体能够直接撞在第一卷帘和第二卷帘上，防止了快速靠近的物体直接撞在摄像头上，造成摄像头出现损坏的情况，保证了摄像头的周围发生危险情况且无法躲避时，防护组件能够为摄像头提供被动防护。
[0035] 2.本发明一种具有安全防护功能的摄影机器人系统，通过驱动电机运行将第一卷帘和第二卷帘放下时，且第一卷帘和第二卷帘的内侧均开设有多个凹槽，使得第一卷帘和第二卷帘更容易形成弯曲状态，从而第一卷帘和第二卷帘受到外侧物体的冲击力时，能够将表面受到的力均匀地分散到其他部位，使得第一卷帘能够有效抵抗外界物体的冲击力，提升摄像头的安全性。
附图说明
[0036] 下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0037] 图1是本发明装置立体图；
[0038] 图2是本发明摄像头与防护组件连接立体图；
[0039] 图3是本发明装置俯视图；
[0040] 图4是本发明摄像头仰视图；
[0041] 图5是本发明防护组件展开运行立体图；
[0042] 图6是图5所示A处的局部放大图；
[0043] 图7是本发明防护组件展开运行正视图；
[0044] 图8是图7所示B处的局部放大图；
[0045] 图9是本发明支撑杆与凸块连接立体剖视图；
[0046] 图10是本发明机器人控制系统框图。
[0047] 图中：1、底座；2、机器人主体；21、机器人前臂；211、连接架；22、悬架；3.一号雷达；4、摄像头；41、二号雷达；5、防护组件；51、固定板；52、第一卷筒；521、第一卷帘；522、凹槽；
53、第二卷筒；531、第二卷帘；54、伸缩板；541、防滑槽；55、驱动电机；56、缓冲槽；6、支撑杆；
61、凸块；611、缓冲弹簧；7、一号停止区；8、一号减速区；9、二号停止区；10、二号减速区。

具体实施方式
[0048] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
[0049] 本发明实施例通过提供一种具有安全防护功能的摄影机器人系统，解决现有的摄影机器人主要是主动防护对摄像头进行保护，而缺少被动防护对摄像头进行保护等技术问题；
[0050] 本发明实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：通过二号雷达41实时检测摄像头4周围的环境，当摄像头4周围有物体快速靠近时，上位机能够控制防护组件5启动，利用第一卷帘521和第二卷帘531的配合，使得摄像头4的两侧以及前方镜头位置均能起到良好的防护作用，实现摄像头4进行被动防护；

[0051] 为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
[0052] 如图1至图10所示，本发明实施例提供的一种具有安全防护功能的摄影机器人系统，包括：
[0053] 底座1，底座1上固连有机器人主体2；
[0054] 机器人前臂21，机器人前臂21的前端转动连接有连接架211，连接架211之间固连有悬架22；
[0055] 摄像头4，摄像头4活动连接在悬架22的下方，悬架22的内部安装有用于驱动摄像头4运动的伺服电机；
[0056] 摄像头4的底部固连有二号雷达41；
[0057] 还包括：
[0058] 防护组件5，防护组件5设置在摄像头4的上方；
[0059] 防护组件5包括：
[0060] 固定板51，固定板51固连在连接架211上，并以摄像头4的中心线为参照线对称分布；
[0061] 第一卷筒52，第一卷筒52固连在固定板51上，第一卷筒52的内部卷绕有第一卷帘521；

[0062] 第二卷筒53，第二卷筒53固连在连接架211之间，且位于摄像头4的上方，第二卷筒53的内部卷绕有第二卷帘531；

[0063] 第一卷帘521和第二卷帘531的外侧端部均固连有配重块，且第一卷帘521和第二卷帘531的材质均为不锈钢钢板，具体的不锈钢钢板厚度可以优选1‑2mm；
[0064] 第一卷筒52和第二卷筒53上均安装有驱动电机55，驱动电机55用于驱动第一卷帘521和第二卷帘531展开与收卷；

[0065] 机器人主体2的根部两侧，且位于底座1的上方固连有一号雷达3。
[0066] 实施例一，摄影机器人进行拍摄前，首先人员根据拍摄需求，如图10所示，在上位机中设定机器人主体2和摄像头4的运动轨迹，使得摄像头4能够拍摄出人工无法拍摄出的画面，然后通过上位机将相应的PLC运行代码输入到机器人控制器中，使得机器人控制器控制底座1上的机器人主体2启动，并驱动摄像头4进行运动，其中上位机和机器人控制器是机器人主体2主体运行所需的常规通用设备，上位机是指可以直接发出操控命令的计算机；
[0067] 摄像头4被动防护：机器人主体2驱动摄像头4按照设计的轨迹进行拍摄时，悬架22中的伺服电机能够驱动悬架22的下端转动，并带动摄像头4进行转动，使得摄像头4拍摄的画面更加全面，摄像头4底部的二号雷达41，以及机器人主体2上的一号雷达3会同步通电启动，具体的二号雷达41和一号雷达3均是一种激光雷达，二号雷达41的检测区域如图4所示，检测区域分为二号停止区9和二号减速区10，且二号停止区9和二号减速区10完全将摄像头4包络在内，因为激光雷达可以检测到移动的物体，所以当二号雷达41检测到有物体在二号停止区9外，且在二号减速区10内快速移动，并且摄像头4与物体之间的距离不断缩短时，二号雷达41会将相应的紧急信息发送至上位机中，然后上位机通过机器人控制器控制机器人主体2进行减速，同时激光雷达可以检测到物体的移动速度，当物体移动速度达到3m/s及以上时，其中正常人步行的速度约为1.1m/s，则可以判定不是正常人行走靠近，可能是正常人在奔跑或者其他物体在以偏快的速度进行靠近，此时上位机获取到二号雷达41检测到的速度信息，会下达停止指令到机器人控制器中，使得机器人主体2直接停止，并控制悬架22中的伺服电机立即驱动摄像头4复位并停止转动，同时下方操作指令让驱动电机55运行，使得驱动电机55转动时让第一卷筒52和第二卷筒53中的第一卷帘521和第二卷帘531快速展开、收卷的具体结构优选为驱动电机55直接驱动第一卷筒52和第二卷筒53中的卷轴进行正反转，进而实现第一卷帘521和第二卷帘531快速展开、收卷，从而让第一卷筒52和第二卷筒53中的第一卷帘521和第二卷帘531快速展开，同时第一卷帘521和第二卷帘531的外侧端部均固连有配重块，从而第一卷帘521和第二卷帘531在重力作用下能够进行快速下落，如图5所示，从而将摄像头4完全包裹住，使得快速向摄像头4靠近的物体能够直接撞在第一卷帘521和第二卷帘531上，且第一卷帘521和第二卷帘531的材质均为不锈钢钢板，因此可以抵抗物体与摄像头4之间碰撞产生的冲击力，防止了快速靠近的物体直接撞在摄像头4上，造成摄像头4出现损坏的情况，保证了摄像头4的周围发生危险情况，且摄像头4无法躲避时，防护组件5能够为摄像头4提供被动防护；

[0068] 其中一号雷达3中的一号停止区7将二号雷达41的二号减速区10包络在内，所以当一号雷达3检测到周围物体以3m/s的速度快速靠近机器人主体2时，一号雷达3会将相应的信息反馈到上位机中，使得上位机提前控制驱动电机55预运行，缓慢将第一卷帘521和第二卷帘531展开，此时并不会影响摄像头4正常的转动拍摄，当得物体进入到二号减速区10时，第一卷帘521和第二卷帘531能够快速且完全展开对摄像头4进行保护，若物体没有快速进入到二号减速区10，上位机能够控制驱动电机55将第一卷帘521和第二卷帘531收起，从而不会影响整个拍摄流程；
[0069] 虽然目前存在能够进行主动避障的高规格摄影机器人，但是因为使用的激光雷达无法预判出物体的运动轨迹，所以无法判断出物体是否会向摄像头4进行靠近，而本申请通过防护组件5对摄影机器人上的摄像头4进行被动保护，提升了摄像头4的安全性，同时因为现有机器人主体2主要为钢架结构，因此相对于脆弱的摄像头4而言，机器人主体2无需增加过多的保护，以规避造成摄影机器人的成本升高的缺陷；
[0070] 摄像头4主动防护：机器人主体2驱动摄像头4进行拍摄时，如图3所示，一号雷达3的检测区域为一号停止区7和一号减速区8，且一号减速区8将一号停止区7包络在内，因为机器人主体2驱动摄像头4进行拍摄时，机器人主体2会根据设计好的轨迹进行快速运动，并且拍摄环境中存在多名工作人员在场地中走动，或者不知情的人误将一些设备放置一号雷达3的一号减速区8中时，一号雷达3会将相关的障碍物信息发送至上位机中，使得上位机下达操作指令，使得机器人主体2进行减速，让工作人员有足够的时间离开，或者工作人员看到机器人主体2减速后，能够主动将相关设备搬走，防止了机器人主体2携带者摄像头4与人或者设备发生碰撞，造成人员受伤或者相关设备损坏；
[0071] 当人员或者设备进入到一号雷达3的一号停止区7后，一号雷达3会迅速将信息反馈到上位机中，然后上位机下达指令控制机器人主体2立即停止运行，防止机器人主体2与人员或者设备发生碰撞，因为一号停止区7被一号减速区8包络在内，所以一号停止区7内部的机器人主体2上的部件移动周长相对于一号停止区7外的部件移动周长短，所以一号停止区中的机器人主体2的部件会更快与人员或者设备接触，因此人员或者设备进入到一号停止区7后，机器人主体2要迅速停止，防止出现碰撞情况；
[0072] 同时悬架22中的伺服电机驱动悬架22的下端的转动时会带动摄像头4进行转动，当人员或者设备靠近二号雷达41的二号停止区9时，上位机会控制悬架22中的伺服电机立即驱动摄像头4复位并停止转动，避免摄像头4与周围障碍物发生碰撞而造成损坏；
[0073] 从而通过一号雷达3和二号雷达41对周围环境进行检测，使得机器人主体2能够通过减速或者停止进行主动防护，并通过防护组件5进行被动防护，提升了机器人主体2和摄像头4运行过程的安全性；
[0074] 当摄像头4周围没有发生异常情况时，第一卷帘521和第二卷帘531为收起状态，从而方便摄像头4在悬架22自由转动，方便对周围的场景进行拍摄，同时也方便摄像头4从悬架22上取下。
[0075] 摄像头4的底部且位于二号雷达41的两侧固连有伸缩板54；
[0076] 伸缩板54的端部开设有防滑槽541；
[0077] 伸缩板54与第一卷筒52之间的垂直距离小于第一卷帘521展开的最大长度。
[0078] 进一步的，防护组件5进行被动防护时，当驱动电机55运行将第一卷帘521放下展开时，摄像头4底部的伸缩板54会同步通电运行并向两侧延伸，使得下落的第一卷帘521落到伸缩板54上，因为伸缩板54与第一卷筒52之间的垂直距离小于第一卷帘521展开的最大长度，所以驱动电机55转动将第一卷帘521完全展开后，再加上第一卷帘521的材质为不锈钢钢板容易进行弯曲，从而完全展开的第一卷帘521在伸缩板54的支撑作用下，以及上端驱动电机55的驱动作用下，第一卷帘521上下两端同时受力形成如图7‑8所示的弯曲状态，从而第一卷帘521受到外侧物体的冲击力时，弯曲的第一卷帘521能够将表面受到的力均匀地分散到其他部位，并且第一卷帘521的材质为不锈钢钢板，使得第一卷帘521能够有效抵抗外界物体的冲击力，提升摄像头4的安全性；同时第一卷帘521下落后，如图8所示，第一卷帘521的下侧端部会落到防滑槽541中，使得第一卷帘521在抵抗物体冲击力时不易出现滑动。

[0079] 实施例二，摄像头4的两侧固连有多个支撑杆6；
[0080] 支撑杆6的端部滑动连接有凸块61，凸块61与支撑杆6的内部连接处之间固连有缓冲弹簧611。
[0081] 当第一卷帘521下落将摄像头4的两侧包裹住，并形成弯曲状态，当第一卷帘521受到冲击力时，摄像头4两侧的支撑杆6能够为第一卷帘521提供支撑作用，防止第一卷帘521受到较大的冲击出现损坏；如图9所示，同时支撑杆6的端部滑动连接有凸块61，凸块61与支撑杆6的内部连接处之间固连有缓冲弹簧611，当第一卷帘521受到较大的冲击力后，使得凸块61也会受到冲击力，从而凸块61在支撑杆6上滑动并压缩缓冲弹簧611，使得缓冲弹簧611能够吸收大量的冲击力，减轻物体对第一卷帘521的冲击力。
[0082] 实施例三，固定板51的上端且位于摄像头4镜头前方一侧为圆弧状；
[0083] 固定板51之间的距离小于第二卷帘531的宽度；
[0084] 第一卷帘521和第二卷帘531的内侧均开设有多个凹槽522；
[0085] 摄像头4与悬架22的连接处，且位于摄像头4上开设有缓冲槽56，摄像头4的上端与悬架22的下端通过缓冲槽56滑动连接；
[0086] 缓冲槽56的内侧与悬架22的下端之间固连有复位弹簧。
[0087] 当摄像头4进行被动防护时，第二卷帘531和第一卷帘521会同时下落展开，对摄像头4的镜头以及两侧进行保护，其中第二卷帘531在下落展开时，因为固定板51的上端且位于摄像头4镜头前方一侧为圆弧状，所以第二卷帘531落到固定板51上端圆弧位置时，滑动阻力不会很大，保证了第二卷帘531能够进行正常下落，同时固定板51之间的距离小于第二卷帘531的宽度，从而固定板51能够为第二卷帘531提供支撑作用，然后形成如图5所示的状态，使得摄像头4的前方镜头能够得到保护；
[0088] 并且第一卷帘521和第二卷帘531的内侧均开设有多个凹槽522，使得第二卷帘531在外侧端部的配重块牵引作用下，以及固定板51上的圆弧状曲面支撑作用下形成弯曲状态，从而能够有效将受到的冲击力分散到各个部位，以此提高第二卷帘531的防护效果，同时第一卷帘521的内侧开设的多个凹槽522，有利于第一卷帘521向摄像头4两侧向外的方向进行弯曲；
[0089] 若摄像头4的正前方受到冲击力较大时，此时摄像头4依靠缓冲槽56会使自身向机器人前臂21的内侧移动，并拉伸缓冲槽56内侧的复位弹簧，使得复位弹簧形成第二重防护吸收部分冲击力，同时固定板51和第二卷帘531起到第一重防护作用，有效缓解外界物体对摄像头4最脆弱的部位进行冲击，降低了摄像头4的损坏概率，从而降低了后续的维护成本。
[0090] 具体工作流程如下：
[0091] 机器人主体2驱动摄像头4按照设计的轨迹进行拍摄时，悬架22中的伺服电机能够驱动悬架22的下端转动，并带动摄像头4进行转动，使得摄像头4拍摄的画面更加全面，摄像头4底部的二号雷达41，以及机器人主体2上的一号雷达3会同步通电启动，具体的二号雷达41和一号雷达3均是一种激光雷达，二号雷达41的检测区域如图4所示，检测区域分为二号停止区9和二号减速区10，且二号停止区9和二号减速区10完全将摄像头4包络在内，因为激光雷达可以检测到移动的物体，所以当二号雷达41检测到有物体在二号停止区9外，且在二号减速区10内快速移动，并且摄像头4与物体之间的距离不断缩短时，二号雷达41会将相应的紧急信息发送至上位机中，然后上位机通过机器人控制器控制机器人主体2进行减速，同时激光雷达可以检测到物体的移动速度，当物体移动速度达到3m/s及以上时，其中正常人步行的速度约为1.1m/s，则可以判定不是正常人行走靠近，可能是正常人在奔跑或者其他物体在以偏快的速度进行靠近，此时上位机获取到二号雷达41检测到的速度信息，会下达停止指令到机器人控制器中，使得机器人主体2直接停止，并控制悬架22中的伺服电机立即驱动摄像头4复位并停止转动，同时下方操作指令让驱动电机55运行，从而让第一卷筒52和第二卷筒53中的第一卷帘521和第二卷帘531快速展开，同时第一卷帘521和第二卷帘531的外侧端部均固连有配重块，从而第一卷帘521和第二卷帘531在重力作用下能够进行快速下落，如图5所示，从而将摄像头4完全包裹住，使得快速向摄像头4靠近的物体能够直接撞在第一卷帘521和第二卷帘531上，防止了快速靠近的物体直接撞在摄像头4上，造成摄像头4出现损坏的情况。

[0092] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

专利地区：北京

专利申请日期：2022-04-19

专利公开日期：2023-07-04

专利公告号：CN115674168B