一种用于人体3D扫描的两自由度调整机构的制作方法

本发明涉及一种调整机构，具体说，涉及用于人体3D扫描的两自由度调整机构。

背景技术：

目前，人体3D扫描常用的方法是非接触式测量方法，非接触式测量方法细分为被动方式和主动方式，被动方式的测量方法不需要特定的光源，完全依靠物体所处的自然光条件进行扫描，常采用双目技术，但是精度低，只能扫描出有几何特征的物体。3D扫描仪等同于扫描相机，通过创建物体几何表面的点云，将点云插补成物体的表面形状，若扫描仪能够取得表面颜色，则可进一步在重建的表面上粘贴。三维扫描仪的扫描范围有限，因此，常需要变换扫描仪与人体的相对位置或将物体放置于电动转盘上，经过多次的扫描以拼凑人体的完整模型，将多个片面模型集成的技术称作图像配准。

针对现有扫描次数多、扫描位置不固定、精度不高的问题，提出一种用于人体3D扫描的两自由度调整机构，扫描相机放置在该调整机构200上，将一定数量的调整机构200呈圆弧排布，人体201位于圆弧的圆心，如图1所示，固定该调整机构200与人体201的距离；通过调整扫描相机，实现所有扫描相机均指向人体201，通过拍摄两次即可获得人体3D模型。由于扫描相机数量多且相对人体位置固定，扫描后重建的人体3D模型精度高、细节显示丰富，便于后期3D显示及打印等工作。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于人体3D扫描的两自由度调整机构，以解决上述问题。

一种用于人体3D扫描的两自由度调整机构，其特征在于，该调整机构包括前框、后框、横梁、外环架、内环架、托架、前框、后框及横梁组成调整机构的本体，外环架通过一级转轴安装在前框内，内环架通过两级转轴安装在外环架内，托架与内环架连接并固定在一起，扫描相机安装在托架上；

外环架能够绕一级转轴转动，即相对于前框及调整机构本体转动；

内环架能够绕两级转轴转动，即相对于外环架转动；

该机构包括两套相同的直线运动单元：一级直线运动单元和两级直线运动单元，

一级直线运动单元通过导杆机构驱动外环架相对于前框及调整机构本体转动；两级直线运动单元同样采用导杆机构驱动内环架相对于外环架转动。

因此，扫描相机具有两转动自由度，通过调整内环架及外环架的转动角度，使得扫描相机的镜头指向待扫描的人体，如图1所示。

进一步，该调整机构还包含了两套相同的直线运动单元：一级直线运动单元和两级直线运动单元，一级直线运动单元通过导杆机构驱动外环架相对于前框及调整机构本体转动，两级直线运动单元同样采用导杆机构驱动内环架相对于外环架转动。

进一步，导杆机构包含导杆组件、转接件及拨叉，两套不同的导杆机构分别与外环架和内环架连接并固定。

进一步，直线运动单元包括步进电机、丝杠、光杆、滑块及安装座，步进电机采用中空型且内置螺母副类型，步进电机直接与丝杠配合；滑块安装在步进电机上，滑块两侧与光杆滑动配合，滑块上下顶面设计有圆柱凸台，圆柱凸台与拨叉滑动接触。滑块能够随步进电机沿丝杠轴向移动，通过圆柱凸台与拨叉的滑动接触，控制导杆机构绕一级转轴或两级转轴转动，进而带动外环架或内环架转动。

进一步，扫描相机的镜头轴线、内环架的转动轴线及外环架的转动轴线三者汇交于一点，内环架的转动轴线及外环架的转动轴线在同一平面内且相互垂直，扫描相机通过托架安装在内环架上，通过精确控制滑块的运动位移，实时调整扫描相机的镜头指向，确保镜头准确指向目标位置。

与现有技术相比本发明的有益效果是：扫描相机放置在该调整机构上，将一定数量的调整机构呈圆弧排布，人体位于圆弧的圆心，固定该调整机构与人体的距离；通过调整扫描相机，实现所有扫描相机均指向人体，通过拍摄两次即可获得人体3D模型。由于扫描相机数量多且相对人体位置固定，扫描后重建的人体3D模型精度高、细节显示丰富，便于后期3D显示及打印等工作。

附图说明

图1是扫描相机及调整机构的放置示意图；

图2是本发明一种两自由度调整机构示意图；

图3a是本发明一种两自由度调整机构的内部结构图；

图3b是图3a的A-A剖视图；

图4是本发明的一级直线运动单元的轴侧视图；

图5是本发明一种两自由度调整机构的水平方向最大转动位置；

图6是本发明一种两自由度调整机构的竖直方向最大转动位置。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所做的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

本实施例提供了一种用于人体3D扫描的两自由度调整机构，该调整机构包括前框1、后框26、横梁25、外环架2、内环架3、托架24、直线运动单元100，所述前框1、所述后框26及四根所述横梁25组成该调整机构的本体，该调整机构的本体由顶面板10、侧面板11及后面板12进行封装和遮挡。所述外环架2通过一级转轴5安装在所述前框1内，所述内环架3通过两级转轴7安装在所述外环架2内，所述托架24与所述内环架3连接并固定在一起，扫描相机9安装在所述托架24上。所述外环架2能够绕所述一级转轴5转动，即相对于所述前框1及调整机构本体转动；所述内环架3能够绕所述两级转轴7转动，即相对于所述外环架2转动，因此，所述扫描相机9具有两转动自由度，通过调整所述外环架2及内环架3的转动角度，使得所述扫描相机9的镜头指向待扫描的人体201，参图1、图2和图3所示。

在本实施例中，所述外环架2通过所述一级转轴5安装在所述前框1内，两根所述一级转轴5通过螺钉安装在所述前框1上，两个一级铜套6与所述外环架2过盈配合，所述一级转轴5与所述一级铜套6间隙配合，因此，所述外环架2能够绕所述一级转轴5旋转。所述内环架3通过两级转轴7安装在所述外环架2内，两个所述两级转轴7通过螺钉安装在所述外环架2上，两个两级铜套8与所述内环架3过盈配合，所述两级铜套8与所述两级转轴7间隙配合，因此，所述内环架3能够绕所述两级转轴7转动。所述外环架2的转动轴线及所述外环架3的转动轴线在同一平面且相互垂直，所述扫描相机9的镜头插入所述内环架3中部的通孔中，所述扫描相机9的镜头轴线、所述内环架3的转动轴线及外环架2的转动轴线三者汇交于一点。

在本实施例中，参图2和图4所示，该调整机构还包括两个结构相同的直线运动单元：一级直线运动单元100和两级直线运动单元101，所述一级直线运动单元100包括步进电机13、丝杠14、光杆15、滑块18及安装座16，所述步进电机13采用中空结构且内置螺母副，所述步进电机13直接与所述丝杠14配合，所述滑块18安装在所述步进电机13上，所述滑块18的两侧设计了两个通孔，通孔与所述光杆15滑动配合，所述滑块18的上下顶面各设计了圆柱凸台，圆柱凸台与拨叉21滑动接触。所述步进电机13带动所述滑块18沿所述丝杠14的轴向移动，为了限制所述滑块18的运动范围，在所述安装座16的两端安装了接触开关17。

在本实施例中，参图2、图4和图5所示，一级导杆机构安装并固定在所述外环架2上，一级导杆机构包括上导杆19、下导杆27、一级转接件20、一级拨叉21，所述上导杆19和所述下导杆27安装在所述外环架2上，一级转接件20通过螺钉安装在所述下导杆27上，所述一级拨叉21安装在所述一级转接件20上。所述滑块18的圆柱凸台与所述拨叉21滑动接触，一级导杆机构与所述外环架2相对固定且能够绕所述一级转轴5转动，所述滑块18沿所述丝杠14轴向移动，带动一级导杆机构和所述外环架2绕所述一级转轴5转动。图5(a)为所述滑块18运动至左极限位置时所述扫描相机9的最大左摆角度，图5(b)为所述滑块18运动至右极限位置时所述扫描相机9的最大右摆角度。

在本实施例中，参图2、图4和图6所示，所述两级直线运动单元101与所述一级直线运动单元100的组成和结构相同，所述两级直线运动101安装在所述上导杆19和下导杆27上，两级导杆机构安装并固定在所述内环架3上，两级导杆机构包括所述托架24、两级转接件23和两级拨叉22，两级导杆机构与所述内环架3能够绕所述两级转轴7转动。同样原理，所述两级直线运动单元101的滑块驱动两级拨叉22，滑块竖直方向的运动带动两级导杆机构绕所述两级转轴7转动，即所述内环架3相对于所述外环架2转动。图6(a)为所述扫描相机9在竖直方向最大上摆角度，图6(b)为所述扫描相机9在竖直方向最大下摆角度。

在人体3D扫描时，人体201位于圆弧的中心，根据人体201的尺寸大小，自动调整各调整机构200，通过精确控制滑块的运动位移，调整扫描相机的镜头指向，确保镜头准确指向人体201。

本发明提供一种用于人体3D扫描的两自由度调整机构，具有如下有益效果：

1)该调整机构具有结构紧凑、运动精度高，在运动范围内，扫描相机的镜头可指向球面任意位置。

2)通过固定调整机构与人体的距离，且调整扫描相机指向人体目标，获取的图像信息及质量较高。

3)扫描相机沿圆弧排列，拍摄角度范围宽，在进行人体3D模型重建时，能够获得高精度、细节清晰的3D模型。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。