一种三维位置及姿态调控装置的制作方法

本实用新型属于机械控制领域，具体涉及一种三维位置及姿态调控装置。

背景技术：

在进行磁化胶囊内窥镜定位跟踪实验研究时，需要在一定三维空间范围内精确控制永磁体的位置坐标，并使其以任意给定的姿态呈现。但是因为放置在磁传感器阵列中的不便性、不精确性(因不能够固定而晃动产生误差)以及不可操控性(不能细微位置和角度的调整)，所以这种方法不可取。就需要某种装置能够稳定的放置永磁体的同时又能够对其三维位置及姿态进行调整和信息获取。而现有的三维支架大多采取固定轴形式，虽然可以通过三轴在各自单轴方向上的水平移动使得目标体到达空间某一位置，但是缺少旋转的功能，不能够实现对其姿态的旋转控制。另外存在一些旋转型三维支架，它们可以实现对目标体的旋转控制，但是它们的旋转轴几乎采用的是灵活结构，不能够精确控制目标体的旋转角度且旋转角度不为使用者可知。因此目前没有满足磁化胶囊内窥镜定位跟踪实验研究要求的三维支架装置存在。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于解决做永磁体位置及姿态测量实验时永磁体三维位置及姿态精确控制问题，提供便捷有效的磁化胶囊内窥镜定位跟踪实验装置，也可以用于其它对目标物三维位置及姿态有调控需求的应用场合。

为达到上述目的，本实用新型所采用的具体技术方案如下：

一种三维位置及姿态调控装置，其特征在于，所述调控装置包括X轴杆、X轴杆固定外壳、Y轴杆、Y轴杆固定外壳、Z轴杆、Z轴杆固定外壳、网格状二维坐标底板以及环形永磁体；其中，

所述Z轴杆固定外壳垂直安装在所述网格状二维坐标底板上，所述Z轴杆安装在所述Z轴杆固定外壳内，与所述网格状二维坐标底板垂直，并可在所述Z轴杆固定外壳内部自由转动；

所述Z轴杆顶端侧壁开有通孔一，所述Y轴杆固定外壳一端插入所述通孔一中并从所述通孔一中穿出并固定在所述通孔一中，所述Y轴杆安装在所述Y轴杆固定外壳中，并可在所述Y轴杆固定外壳中转动；

所述Y轴杆远离所述Z轴杆一端侧壁开有通孔二，所述X轴杆固定外壳插入所述通孔二中并从所述通孔二中穿出并固定在所述通孔二中，所述X轴杆安装在所述X轴杆固定外壳中，并可在所述X轴杆固定外壳中转动，所述环形永磁体套装在所述X轴杆中部。

进一步地，所述X轴杆、Y轴杆、Z轴杆为圆柱体结构，所述网格状二维坐标底板上设置有X轴与Y轴坐标，所述Y轴杆轴心投影与所述Y轴重合，所述X轴杆轴心线投影与所述X轴重合。

进一步地，所述X轴杆远离所述Y轴杆一端安装有陀螺仪。

进一步地，所述环形永磁体中心悬吊有一个锥形垂体，所述锥形垂体高度可进行调节，所述锥形垂体锥尖与所述网格状二维坐标底板表面接触。

优选地，所述Z轴杆固定外壳内部，所述外壳内壁与所述Z轴杆之间设置有滚动小球。

优选地，所述Y轴杆固定外壳与所述X轴杆固定外壳内壁上分别至少设置有两个环形弹性支架，所述弹性支架与所述Y轴杆、X轴杆接触。

进一步地，所述X轴杆固定外壳、Y轴杆固定外壳、Z轴杆固定外壳上，环绕所述X轴杆、Y轴杆、Z轴杆分别设置有环状刻度尺，所述X轴杆、Y轴杆、Z轴杆上对应设置有角度指针。

本实用新型解决了做永磁体位置及姿态测量实验时永磁体三维位置及姿态精确控制问题，提供便捷有效的磁化胶囊内窥镜定位跟踪实验装置。同时将现有的位置可调三维支架和姿态可调三维支架整合统一，弥补各自的不足，使得本实用新型三维位置及姿态可调装置能满足更多需求，用途更为广泛。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图

图2为本实用新型中X轴杆结构示意图

图3为本实用新型中固定外壳顶部刻度尺示意图

图4为本实用新型中Z轴杆固定外壳内部滚动小球示意图

图5为本实用新型中弹性支架示意图

图中：1Z轴杆，2Y轴杆，201Y轴杆固定外壳，3X轴杆，301X轴杆固定外壳，4网格状二维坐标底板，5环形永磁体，6Z轴杆固定外壳，7L形手柄，8刻度尺，9角度指针，10滚动小球，11弹性支架，12陀螺仪，13锥形垂体，111通孔内壁，112轴杆

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本实用新型做进一步地说明。

如图1所示，一种三维位置及姿态调控装置，包括X轴杆3、X轴杆固定外壳301、Y轴杆2、Y轴杆固定外壳201、Z轴杆1、Z轴杆固定外壳6、网格状二维坐标底4板以及环形永磁体5。

所述Z轴杆固定外壳6为圆筒结构，其垂直安装在所述网格状二维坐标底板4上，其中心轴线与所述网格状二维坐标底板4垂直。所述Z轴杆1安装在所述Z轴杆固定外壳6内，与所述网格状二维坐标底板4垂直，并可在所述Z轴杆固定外壳6内部自由转动。所述网格状二维坐标底板4设置有X轴与Y轴，所述Z轴杆1中心轴线Y轴垂直。如图4，所述Z轴杆固定外壳6与所述Z轴杆1之间保留一定空隙，优选地，所述空隙中填充有滚珠小球10，减小所述Z轴杆转动摩擦力。

所述Z轴1杆顶端侧壁开有通孔一，所述通孔一截面为圆形，所述通孔一中轴线与所述Z轴杆1中轴线垂直，所述Y轴杆固定外壳201一端插入所述通孔一中并从所述通孔一中穿出并固定，所述Y轴杆2安装在所述Y轴杆固定外壳201中并可在所述Y轴杆固定外壳201中转动。如图5所示，优选地，在所述通孔内壁111上设置有至少两个弹性支架11，所述弹性支架11呈圆弧形，与所述轴杆112外壁相应，所述弹性支架11对所述轴杆起限制作用，当用手转动所述轴杆112时可以转动，当没有外力施加于所述轴杆112时，所述弹性支架11限制所述轴杆112转动。

所述Y轴杆2远离所述Z轴杆1一端侧壁开有通孔二，所述X轴杆固定外壳301插入所述通孔二中并从所述通孔二中穿出固定，所述X轴杆3安装在所述X轴杆固定外壳301中并可在其中转动。如图5所示，优选地，在所述通孔内壁111上设置有弹性支架11，所述弹性支架11呈圆弧形，与所述轴杆112外壁相应，所述弹性支架11对所述轴杆起限制作用，当用手转动所述轴杆112时可以转动，当没有外力施加于所述轴杆112时，所述弹性支架11限制所述轴杆112转动。

再如图1，所述Y轴杆2、Z轴杆3处于同一平面时，所述Y轴杆中心轴线投影与所述Y轴重合，所述X轴杆中心轴线投影与所述X轴重合。

如图1、2，所述环形永磁体5套装在所说X轴杆3中部，其与所述X轴杆3垂直。所述环形永磁体5中心悬吊有一个锥形垂体13，所述锥形垂体13高度可进行调节，以保持所述锥形垂体13锥尖与所述网格状二维坐标底板4表面接触，通过所述锥形垂体13锥尖所处位置在所述网格状二维坐标底板4读出所述环形永磁体5的平面坐标，通过测量所述锥形垂体13锥尖至所述环形永磁体5中心的距离读取所述环形永磁体5的竖向坐标。

所述X轴杆3一端安装有陀螺仪12，且所述陀螺仪12上的X轴、Y轴分别于所述X轴杆3和Y轴杆2平行，从而通过所述陀螺仪12对所述轴杆的转动角度进行校准，从而校准所述环形永磁体5所处姿态。

如图1、3，所述Z轴杆固定外壳6顶部为封闭结构，所述封闭结构上部设置有环形刻度尺8，优选地，所述刻度尺8将360°以0.5°为间隔等分，所述刻度尺8的0°刻度线的投影与所述网格状二维坐标底板4的Y轴重合。所述Z轴杆1侧壁上安装有角度指针9，所述角度指针9贴合所述封闭结构表面，所述角度指针9与所述Z轴杆1垂直，并与所述Y轴杆2平行。

所述Y轴杆固定外壳201与所述X轴外壳301顶端如图3均设置有上述刻度尺8。

优选地，如图1，所述Z轴杆1、Y轴杆2、X轴杆3顶端安装有L形手柄7，方便转动所述轴杆。

实验前，将该装置放置在磁传感器阵列中。调节X轴杆3、Y轴杆2、Z轴杆1使其初始值都为0，调节X轴杆3、Y轴杆2、Z轴杆1使得X轴杆3、Y轴杆2与网格状二维坐标底板4对应，调节X轴杆3自转动使得陀螺仪12上电后显示的X,Y角度数值都为0来保证此时X轴杆3、Y轴杆2平面与坐标底板平行。调节锥形垂体13的高度使得刚好与网格状二维坐标底板4接触。

实验时，根据实验所需的姿态及位置要求，对应的旋转X,Y,Z轴杆的L形手柄7，旋转同时根据陀螺仪12显示的数值来校准回调，防止因为刻度精度不够(刻度最小0.5，陀螺仪可以达到0.1，刻度工艺要求太高且实验要求精度很高，所以使用陀螺仪进行微角度校准)使得姿态数据误差较大，对实验定位精度造成影响。根据铅垂线在底板上的点和自身此时的长度，便可得到当前永磁体的三维坐标信息用于同磁传感器阵列使用算法定位的坐标比较，得出定位跟踪装置的精度，从而加以优化。