本發(fā)明涉及姿態(tài)控制載體領域，具體地，涉及六自由度的控制裝置，尤其是六自由度的測試裝置。

背景技術：

在現(xiàn)有技術中，傳統(tǒng)方案是通過雙軸陀螺測試轉(zhuǎn)臺對目標被控件的姿態(tài)進行控制調(diào)整，但是傳統(tǒng)方式中的雙軸陀螺測試轉(zhuǎn)臺具有如下不足之處：

1，雙軸陀螺測試轉(zhuǎn)臺只有2個自由度，對目標被控件的控制具有局限性；而本發(fā)明裝置擁有更多的自由度，能夠完成更多的姿態(tài)變換，即可以輔助完成更多自由度的測量，比如進行目標姿態(tài)解算算法調(diào)試時，需要同時調(diào)整X，Y，Z軸的旋轉(zhuǎn)角度，與算法解算的結(jié)果對比，雙軸陀螺測試轉(zhuǎn)臺不能實現(xiàn)該功能；

2，普通轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)精度的可讀性差，通常為電動驅(qū)動，且在轉(zhuǎn)臺上沒有刻度，無法準確測量讀數(shù)，且成本較高；而本發(fā)明裝置在各個自由度都配有標尺，讀數(shù)精度高，位置可以用坐標表示，減少了誤差，可以顯著提高測試的可信度；

3，普通轉(zhuǎn)臺的安裝不便，沒有提供固定的安裝支架，旋轉(zhuǎn)中物體可能不穩(wěn)定甚至掉下轉(zhuǎn)臺；而本發(fā)明裝置設計了固定夾板，更穩(wěn)定的固定被測物體，消除移動過程中物體滑動的誤差，提高測試精度；

4，普通的測試轉(zhuǎn)臺，主體笨重，并附帶龐大的電路控制設備，移動、拆卸不方便；而本發(fā)明裝置具有便于拆卸、安裝、移動的特點。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種六自由度的控制裝置。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種六自由度的控制裝置，包括依次連接的固定機構、水平移動機構、豎直移動機構、水平旋轉(zhuǎn)機構、豎直旋轉(zhuǎn)機構；

水平移動機構能夠帶動豎直移動機構相對于固定機構在第一水平方向上滑動，并能夠在第二水平方向上調(diào)節(jié)豎直移動機構的位置；

水平旋轉(zhuǎn)機構能夠帶動豎直旋轉(zhuǎn)機構相對于豎直移動機構在水平面內(nèi)進行旋轉(zhuǎn)；

豎直旋轉(zhuǎn)機構能夠帶動目標被控件在豎直平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)且能夠調(diào)整目標被控件在該豎直平面法向上的位置。

優(yōu)選地，所述固定機構包括第一支撐柱1、底座2；底座2包括后擋板3、側(cè)擋板4、前擋板6、底擋板49；

底擋板49由第一支撐柱1支撐；

底擋板49的左右兩個側(cè)面向上分別延伸出側(cè)擋板4，水平移動機構被限制在兩個側(cè)擋板4之間；

兩個側(cè)擋板4的前端之間連接有前擋板6；前擋板6上設置有沿第一水平方向的水平距離刻度，且該水平距離刻度與水平移動機構中的水平距離刻度相匹配；

兩個側(cè)擋板4的后端之間連接有后擋板3；

前擋板6、后擋板3的下部均具有導軌50，水平移動機構能夠沿導軌50在第一水平方向上滑動。

優(yōu)選地，所述水平移動機構包括底板21、限定板20、第二支撐柱9、頂板10、外殼殼體17、外蓋殼16；

底板21的前后兩端均設置有第一滑槽8，第一滑槽8與固定機構的導軌50匹配安裝；

底板21能夠通過鎖緊螺絲與所述固定機構的底擋板49相對固定；

頂板10的前端、后端分別通過第二支撐柱9連接在底板21上，且頂板10沿第二水平方向延伸；

頂板10的鏤空區(qū)域51構成沿第二水平方向延伸的滑槽，外蓋殼16構成與所述沿第二水平方向延伸的滑槽匹配安裝的滑塊；

頂板10的頂面設置有沿第一水平方向的水平距離刻度；

外蓋殼16的底部連接外殼殼體17的頂部；

外殼殼體17的底部設置有側(cè)面滑槽52，側(cè)面滑槽52能夠沿安裝在底板21上的限定板20的導軌滑動；

外殼殼體17在第二水平方向上被限制在分別連接頂板10的前端、后端的兩個第二支撐柱9之間；

豎直移動機構的一部分安裝在外殼殼體17中。

優(yōu)選地，所述豎直移動機構包括搖柄18、第一柄22、第二齒輪25、第四齒輪27、第三齒輪26、升降柱12、升降底座14、第一齒輪23；

第二齒輪25、第四齒輪27、第三齒輪26、第一齒輪23位于所述水平移動機構外殼殼體17內(nèi)；

搖柄18通過第一柄22能夠驅(qū)動第二齒輪25；

第二齒輪25、第四齒輪27、第三齒輪26依次嚙合連接；

第三齒輪26與升降柱12上的齒嚙合連接；

升降柱12的頂部設置有升降底座14；

所述水平旋轉(zhuǎn)機構可旋轉(zhuǎn)地安裝在升降底座14上；

第一柄22通過軸連接第一齒輪23，外殼殼體17的內(nèi)壁上設置有與第一齒輪23廓形匹配的定位槽，第一柄22通過軸能夠驅(qū)動第一齒輪23嵌入所述定位槽進行限位以及驅(qū)動第一齒輪23從所述定位槽中脫離；

升降底座14上設置有參考線。

優(yōu)選地，所述水平旋轉(zhuǎn)機構包括第二柄28、墊片33、第一刻度盤34、安裝螺帽30、多孔螺帽31；

第一刻度盤34、墊片33、多孔螺帽31之間由下至上排列，且通過與多孔螺帽31匹配的螺栓緊固連接；

多孔螺帽31的中心通孔內(nèi)嵌入有安裝螺帽30，其中，安裝螺帽30與所述豎直移動機構的升降底座14上的螺栓緊固連接；

第二柄28從墊片33的側(cè)面向外延伸，能夠驅(qū)動墊片33在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)；

多孔螺帽31上的螺栓與豎直旋轉(zhuǎn)機構緊固連接。

優(yōu)選地，所述豎直旋轉(zhuǎn)機構包括支架38、限位板39、滑套36、滑輪35、第三支撐柱44、第二刻度盤42、第二滑槽43、夾板40；

支架38沿弧線延伸；支架38的下端緊固連接在所述水平旋轉(zhuǎn)機構上；支架38的上端設置有限位板39；

滑套36套在支架38上，且通過滑輪35能夠沿支架38移動；

滑套36通過鎖定螺絲能夠與支架38相對固定；

第二刻度盤42、第二滑槽43通過螺栓連接在滑套36上的第三支撐柱44；

第二刻度盤42與螺栓緊固連接，第二滑槽43能夠相對于第二刻度盤42轉(zhuǎn)動，且第二滑槽43的底面緊貼第二刻度盤42的刻度面；

在第二滑槽43上設置有兩個夾板40；

兩個夾板40通過鎖緊螺絲能夠與第二滑槽43相對固定，從而夾持住目標被控件。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

本發(fā)明作為可控制目標姿態(tài)的載體，能夠作為測試裝置搭載無人機、機器人或非合作目標模型，給出裝置在六個自由度上相對初始狀態(tài)的姿態(tài)變化，可以應用到無人機控制算法調(diào)試、目標姿態(tài)算法調(diào)試優(yōu)化等領域。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：

圖1為本發(fā)明提供的六自由度的控制裝置的六自由度運動模型示意圖。

圖2為本發(fā)明提供的六自由度的控制裝置的整體結(jié)構示意圖。

圖3為本發(fā)明提供的六自由度的控制裝置的整體結(jié)構示意圖。

圖4為本發(fā)明提供的六自由度的控制裝置的整體結(jié)構示意圖。

圖5為本發(fā)明提供的六自由度的控制裝置的整體結(jié)構示意圖。

圖6為本發(fā)明提供的六自由度的控制裝置的整體結(jié)構示意圖。

圖7為本發(fā)明提供的六自由度的控制裝置的整體結(jié)構示意圖。

圖8為本發(fā)明提供的六自由度的控制裝置中水平移動機構、豎直移動機構、水平旋轉(zhuǎn)機構、豎直旋轉(zhuǎn)機構的結(jié)構示意圖。

圖9為本發(fā)明提供的六自由度的控制裝置中水平移動機構和豎直移動機構的結(jié)構示意圖。

圖10為本發(fā)明提供的六自由度的控制裝置中水平移動機構和豎直移動機構的裝配圖。

圖11為本發(fā)明提供的六自由度的控制裝置中豎直移動機構的搖柄裝配圖。

圖12為本發(fā)明提供的六自由度的控制裝置中豎直移動機構的裝配圖。

圖13為本發(fā)明提供的六自由度的控制裝置中水平旋轉(zhuǎn)機構的裝配圖。

圖14為本發(fā)明提供的六自由度的控制裝置中水平旋轉(zhuǎn)機構的裝配圖。

圖15為本發(fā)明提供的六自由度的控制裝置中豎直旋轉(zhuǎn)機構的結(jié)構示意圖。

圖16為本發(fā)明提供的六自由度的控制裝置中豎直旋轉(zhuǎn)機構的裝配圖。

圖17為本發(fā)明提供的六自由度的控制裝置的前視圖。

圖18為本發(fā)明提供的六自由度的控制裝置的左視圖。

圖19為本發(fā)明提供的六自由度的控制裝置的右視圖。

圖20為本發(fā)明提供的六自由度的控制裝置的后視圖。

圖21為本發(fā)明提供的六自由度的控制裝置的俯視圖。

圖中：

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變化和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種六自由度的控制裝置，包括依次連接的固定機構、水平移動機構、豎直移動機構、水平旋轉(zhuǎn)機構、豎直旋轉(zhuǎn)機構；水平移動機構能夠帶動豎直移動機構相對于固定機構在第一水平方向上滑動，獲得第一自由度，并能夠在第二水平方向上調(diào)節(jié)豎直移動機構的位置，獲得第二自由度；通過豎直移動機構獲得第三自由度；水平旋轉(zhuǎn)機構能夠帶動豎直旋轉(zhuǎn)機構相對于豎直移動機構在水平面內(nèi)進行旋轉(zhuǎn)，獲得第四自由度；豎直旋轉(zhuǎn)機構能夠帶動目標被控件在豎直平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)且能夠調(diào)整目標被控件在該豎直平面法向上的位置，分別獲得第五自由度和第六自由度。本發(fā)明在任意時刻裝置相對初始位置在六個自由度上的姿態(tài)變化已知(可計算)；裝置控制搭載的目標可分別繞X，Y，Z軸實現(xiàn)一定角度的旋轉(zhuǎn)；裝置控制搭載的目標可分別在X，Y，Z軸方向?qū)崿F(xiàn)一定距離的平移；

所述固定機構包括第一支撐柱1、底座2；底座2包括后擋板3、側(cè)擋板4、前擋板6、底擋板49；底擋板49由第一支撐柱1支撐；底擋板49的左右兩個側(cè)面向上分別延伸出側(cè)擋板4，水平移動機構被限制在兩個側(cè)擋板4之間；兩個側(cè)擋板4的前端之間連接有前擋板6；前擋板6上設置有沿第一水平方向的水平距離刻度，且該水平距離刻度與水平移動機構中的水平距離刻度相匹配；兩個側(cè)擋板4的后端之間連接有后擋板3；前擋板6、后擋板3的下部均具有導軌50，水平移動機構能夠沿導軌50在第一水平方向上滑動。

具體地，底座2為不可移動部件，側(cè)擋板4帶有凸起，與底座2上的前擋板6、后擋板3的凹槽咬合連接；前擋板6上的水平距離刻度與水平移動機構中的水平距離刻度分別作為主尺和副尺配合，可以提高位移讀取精度。

所述水平移動機構包括底板21、限定板20、第二支撐柱9、頂板10、外殼殼體17、外蓋殼16；底板21的前后兩端均設置有第一滑槽8，第一滑槽8與固定機構的導軌50匹配安裝；底板21能夠通過鎖緊螺絲與所述固定機構的底擋板49相對固定；頂板10的前端、后端分別通過第二支撐柱9連接在底板21上，且頂板10沿第二水平方向延伸；頂板10的鏤空區(qū)域51構成沿第二水平方向延伸的滑槽，外蓋殼16構成與所述沿第二水平方向延伸的滑槽匹配安裝的滑塊；頂板10的頂面設置有沿第一水平方向的水平距離刻度；外蓋殼16的底部連接外殼殼體17的頂部；外殼殼體17的底部設置有側(cè)面滑槽52，側(cè)面滑槽52能夠沿安裝在底板21上的限定板20的導軌滑動；外殼殼體17在第二水平方向上被限制在分別連接頂板10的前端、后端的兩個第二支撐柱9之間；豎直移動機構的一部分安裝在外殼殼體17中。第一水平方向、第二水平方向如圖1中的X軸方向、Y軸方向。

所述豎直移動機構包括搖柄18、第一柄22、第二齒輪25、第四齒輪27、第三齒輪26、升降柱12、升降底座14、第一齒輪23；第二齒輪25、第四齒輪27、第三齒輪26、第一齒輪23位于所述水平移動機構外殼殼體17內(nèi)；搖柄18通過第一柄22能夠驅(qū)動第二齒輪25；第二齒輪25、第四齒輪27、第三齒輪26依次嚙合連接；第三齒輪26與升降柱12上的齒嚙合連接；升降柱12的頂部設置有升降底座14；所述水平旋轉(zhuǎn)機構可旋轉(zhuǎn)地安裝在升降底座14上；第一柄22通過軸連接第一齒輪23，外殼殼體17的內(nèi)壁上設置有與第一齒輪23廓形匹配的定位槽，第一柄22通過軸能夠驅(qū)動第一齒輪23嵌入所述定位槽進行限位以及驅(qū)動第一齒輪23從所述定位槽中脫離。

具體地，升降柱12的延伸方向如圖1中的Z軸方向。第一齒輪23用于限位，即當高度調(diào)整到預期值后，通過搖柄18將第一齒輪23推進外殼殼體17的凹槽內(nèi)，進而第二齒輪25不會因為裝置的自身重力或晃動小幅度升降。升降柱12帶有刻度，可讀取裝置上升或下降的位移。

所述水平旋轉(zhuǎn)機構包括第二柄28、墊片33、第一刻度盤34、安裝螺帽30、多孔螺帽31；第一刻度盤34、墊片33、多孔螺帽31之間由下至上排列，且通過與多孔螺帽31匹配的螺栓緊固連接；多孔螺帽31的中心通孔內(nèi)嵌入有安裝螺帽30，其中，安裝螺帽30與所述豎直移動機構的升降底座14上的螺栓緊固連接；第二柄28從墊片33的側(cè)面向外延伸，能夠驅(qū)動墊片33在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)；多孔螺帽31上的螺栓與豎直旋轉(zhuǎn)機構緊固連接。

具體地，第二柄28帶動墊片33的旋轉(zhuǎn)方向如圖1中繞Z軸的箭頭方向。第二柄28通過墊片33帶動第一刻度盤34轉(zhuǎn)動時，所述支架38轉(zhuǎn)動，從第一刻度盤34上讀取已轉(zhuǎn)動的刻度，當達到預期位置后，將第二柄28與推入嵌入到升降底座14的螺栓中，將第一刻度盤34固定鎖死。

所述豎直旋轉(zhuǎn)機構包括支架38、限位板39、滑套36、滑輪35、第三支撐柱44、第二刻度盤42、第二滑槽43、夾板40；支架38沿弧線延伸；支架38的下端緊固連接在所述水平旋轉(zhuǎn)機構上；支架38的上端設置有限位板39；滑套36套在支架38上，且通過滑輪35能夠沿支架38移動；滑套36通過鎖定螺絲能夠與支架38相對固定；第二刻度盤42、第二滑槽43通過螺栓連接在滑套36上的第三支撐柱44；第二刻度盤42與螺栓緊固連接，第二滑槽43能夠相對于第二刻度盤42轉(zhuǎn)動，且第二滑槽43的底面緊貼第二刻度盤42的刻度面；在第二滑槽43上設置有兩個夾板40；兩個夾板40通過鎖緊螺絲能夠與第二滑槽43相對固定，從而夾持住目標被控件。

在優(yōu)選例中，考慮到滑槽若采用輪式結(jié)構會導致基座滑動太靈敏導致不太穩(wěn)定，反而影響了調(diào)整，若采用一般凹槽滑動結(jié)構，但是不太美觀，而且可能因為加工或者工件變形導致軌跡不是一條直線；因此可以在凹槽內(nèi)部增加小槽，以更加固定基座的位置。用于鎖緊的螺絲可以是蝶形螺絲。

在優(yōu)選例中，升降機構若采用鉸鏈支架結(jié)構，但是會導致高度和Y軸位置同時變化，故棄用；因此采用齒輪式升降結(jié)構，并用轉(zhuǎn)動把手來控制升降。最開始使用固定把手的方式來固定升降結(jié)構，但是難度較大，最終采用了插拔結(jié)構式結(jié)構，當把手轉(zhuǎn)動時抽出一部分即可轉(zhuǎn)動，當轉(zhuǎn)動結(jié)束后，插緊把手即可固定升降結(jié)構。本發(fā)明還調(diào)整了升降把手的位置使得在極限位置的時候把手不會因為機架阻擋導致無法轉(zhuǎn)動。

在優(yōu)選例中，對于旋轉(zhuǎn)機構，將升降柱突出一部分作為旋轉(zhuǎn)軸，同時在上面加入帶刻度的帶孔柱形，在旋轉(zhuǎn)軸最頂部使用螺帽固定，轉(zhuǎn)動更平穩(wěn)。再在帶刻度的柱形上方使用4個螺釘與頂部滑動旋轉(zhuǎn)部分結(jié)合。并且添加了第二柄作為把手，方便轉(zhuǎn)動，添加墊片，減少磨損，在旋轉(zhuǎn)軸底座上添加了4條參考線方便讀數(shù)。將最頂部滑動旋轉(zhuǎn)部分最上端采用螺紋連接，將頂部滑動旋轉(zhuǎn)部分與這部分旋轉(zhuǎn)結(jié)構分開，方便安裝，同時使得2個部分結(jié)合依然緊密。將墊片與把手部分的位置互換，且將刻度轉(zhuǎn)移到墊片上，避免了把手遮住墊片導致無法讀數(shù)。

在優(yōu)選例中，作為滑動旋轉(zhuǎn)結(jié)構的豎直旋轉(zhuǎn)機構，若采用在外槽內(nèi)部開槽的滑動結(jié)構，但是連接不穩(wěn)定，因此采用了外部連接3個滑輪的結(jié)構，連接穩(wěn)固，滑動體上添加了2個固定旋鈕用于固定滑動體。并且在作為滑動機架的支架頂部添加了頂板作為限位板，用于安裝作為滑動體的滑套，且防止滑動體滑出。在滑動體上采用了三層的旋轉(zhuǎn)軸，用于固定夾板基架，同時采用帶刻度的外部旋轉(zhuǎn)盤與一個緊固螺帽夾緊夾板基架來固定夾板。在夾板基架下部增加了一條參考線方便讀數(shù)。夾板采用帶凹槽的滑動夾板，可以固定大部分形狀的物體，同時采用了螺釘固定來卡緊。

本發(fā)明提供的裝置可以應用于如下領域中：

1)無人機研發(fā)過程中需要反復調(diào)整無人機的姿態(tài)測試控制算法，該裝置可以搭載無人機，自由調(diào)整無人機的姿態(tài)作為標稱值與算法輸出值對比，輔助無人機控制算法的調(diào)試優(yōu)化；

2)在非合作目標姿態(tài)解算過程中，需要反復調(diào)整非合作目標的姿態(tài)，并且實時輸出非合作目標的姿態(tài)相對初始狀態(tài)的變化，該裝置可用于非合作目標姿態(tài)測試；

3)在教學過程中，該裝置可作為數(shù)據(jù)采集裝置，將慣導設備固定在裝置上，用于教學算法演示設備。

4)該發(fā)明裝置可通過手動控制裝置，定量調(diào)整載體的姿態(tài)和位移；

5)該設備可通過添加電動控制模塊，輸出目標在加速運動過程的姿態(tài)變化；

6)該裝置位移或角度讀取精度高，采用了游標尺提高精度，每個自由度的運動量都可精確測量；

7)具有6個自由度，且穩(wěn)定，可以精確調(diào)整目標位置；

8)遮擋少，可以更好地觀測到目標；

9)操作方便，調(diào)整部分都有搖柄方便調(diào)節(jié)；

10)可以放置不同尺寸的物體，適應于不同情況的測量；

11)本裝置包括固定機構、水平移動機構、豎直移動機構、水平旋轉(zhuǎn)機構、豎直旋轉(zhuǎn)機構等，各部分都可以拆卸安裝，可根據(jù)不同的應用場景拆卸、安裝、移動，且相互之間的操作在空間上各不影響妨礙。

以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內(nèi)做出各種變化或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。在不沖突的情況下，本申請的實施例和實施例中的特征可以任意相互組合。