CN110289703B - 一种用于三维无线电能接收线圈的全空间全姿态调整装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及弱耦合无线电能传输系统，具体是一种用于三维无线电能接收线圈的全空间全姿态调整装置。本发明解决了现有调整装置无法对三维无线电能接收线圈的空间位置进行调整、在使用过程中会破坏交变磁场的均匀性的问题。一种用于三维无线电能接收线圈的全空间全姿态调整装置，包括空间位置调整机构、姿态调整机构；所述空间位置调整机构包括横向电动直线模组、纵向电动直线模组、竖向电动直线模组、L形托板；所述姿态调整机构包括L形载台、第一舵机、主动齿轮、带座轴承、横向圆管、从动齿轮、套环、半圆形平台、第二舵机、U形支架、同步带轮、同步带、圆形转盘。本发明适用于弱耦合无线电能传输系统。

Description

一种用于三维无线电能接收线圈的全空间全姿态调整装置

技术领域

本发明涉及弱耦合无线电能传输系统，具体是一种用于三维无线电能接收线圈的全空间全姿态调整装置。

背景技术

肠道微型机器人是实现肠道疾病无创诊查的理想器件之一，它经口腔或肛门进入人体肠道，可在肠道中主动运动，并采集肠道内腔图像供诊断之用。肠道微型机器人在肠道中运动时，其电能供给通常采用弱耦合无线电能传输系统来实现。弱耦合无线电能传输系统通常由耦合系数很小的一维无线电能发射线圈（位于人体外）和三维无线电能接收线圈（集成在肠道微型机器人上）组成。工作时，一维无线电能发射线圈激发交变磁场，三维无线电能接收线圈感应交变磁场能量，由此实现肠道微型机器人的电能供给。肠道微型机器人在肠道中运动时，其位姿（空间位置和姿态）任意变化，导致三维无线电能接收线圈的位姿也随之变化。为了确保三维无线电能接收线圈在任意位姿下均能感应交变磁场能量，有必要预先在人体外对三维无线电能接收线圈的技术指标参数进行测试。在进行测试时，需要将三维无线电能接收线圈置于一维无线电能发射线圈激发的交变磁场中，并对其位姿进行调整，以使三维无线电能接收线圈的位姿在交变磁场范围内进行变化。然而实践表明，现有调整装置由于自身结构所限，存在如下问题：其一，现有调整装置只能对三维无线电能接收线圈的姿态进行调整，而无法对三维无线电能接收线圈的空间位置进行调整，由此导致三维无线电能接收线圈的空间位置无法在交变磁场范围内进行变化，从而无法保证测试结果的全面性。其二，现有调整装置在使用过程中需整体置于交变磁场中，而其内部的舵机、电源线等部件均含有金属，由此势必会破坏交变磁场的均匀性，从而影响测试结果的准确性。基于此，有必要发明一种全新的调整装置，以解决现有调整装置无法对三维无线电能接收线圈的空间位置进行调整、在使用过程中会破坏交变磁场的均匀性的问题。

发明内容

本发明为了解决现有调整装置无法对三维无线电能接收线圈的空间位置进行调整、在使用过程中会破坏交变磁场的均匀性的问题，提供了一种用于三维无线电能接收线圈的全空间全姿态调整装置。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种用于三维无线电能接收线圈的全空间全姿态调整装置，包括空间位置调整机构、姿态调整机构；

所述空间位置调整机构包括横向电动直线模组、纵向电动直线模组、竖向电动直线模组、L形托板；

横向电动直线模组的数目为两个；两个横向电动直线模组的滑台均朝上，且两个横向电动直线模组呈前后平行排列；纵向电动直线模组的滑台朝上，且纵向电动直线模组的底座外底面两端分别与两个横向电动直线模组的滑台上表面固定；竖向电动直线模组的滑台朝右，且竖向电动直线模组的底座下外侧面与纵向电动直线模组的滑台上表面固定；L形托板的一边为竖直边，另一边为水平边；L形托板的竖直边外侧面朝左、水平边外侧面朝下；L形托板的竖直边外侧面与竖向电动直线模组的滑台右表面固定；

所述姿态调整机构包括L形载台、第一舵机、主动齿轮、带座轴承、横向圆管、从动齿轮、套环、半圆形平台、第二舵机、U形支架、同步带轮、同步带、圆形转盘；

L形载台的一边为竖直边，另一边为水平边；L形载台的竖直边外侧面朝左、水平边外侧面朝下；L形载台的竖直边外侧面前下部与L形托板的竖直边内侧面固定；L形载台的水平边外侧面左前部与L形托板的水平边内侧面固定；第一舵机的机座固定于L形载台的水平边内侧面中前部，且第一舵机的输出轴朝左；主动齿轮固定装配于第一舵机的输出轴上；带座轴承的数目为两个；第一个带座轴承固定于L形载台的水平边内侧面中后部；第二个带座轴承固定于L形载台的水平边内侧面右后部；两个带座轴承呈左右平行排列；横向圆管的左部转动支撑于两个带座轴承上；从动齿轮固定装配于横向圆管的外侧面左部，且从动齿轮位于第一个带座轴承的左侧；从动齿轮与主动齿轮啮合；套环的数目为两个；第一个套环固定装配于横向圆管的外侧面左端；第二个套环固定装配于横向圆管的外侧面右端；半圆形平台的数目为两个；第一个半圆形平台的侧面直形段一方面与第一个套环的左端面下部固定，另一方面与横向圆管的左端面下部接触；第二个半圆形平台的侧面直形段一方面与第二个套环的右端面下部固定，另一方面与横向圆管的右端面下部接触；两个半圆形平台的上端面各开设有一个盲孔；第二舵机的机座嵌装于第一个半圆形平台上的盲孔内，且第二舵机的输出轴朝上；第二舵机的输出轴上端面超出第一个半圆形平台的上端面；U形支架的开口朝下，且U形支架的两个侧边分别垂直固定于第二个半圆形平台的上端面前部和上端面后部；U形支架的底边中央开设有上下贯通的通孔，且通孔与第二个半圆形平台上的盲孔正对；同步带轮的数目为两个；第一个同步带轮固定装配于第二舵机的输出轴上，且第一个同步带轮位于第一个半圆形平台的上方；第二个同步带轮的中心孔内固定穿设有轮轴，且轮轴的两端分别转动穿设于第二个半圆形平台上的盲孔和U形支架上的通孔内；轮轴的上端面超出U形支架的底边外侧面；同步带同时装配于两个同步带轮上，且同步带穿设于横向圆管内；圆形转盘的下端面中央与轮轴的上端面固定；L形载台、主动齿轮、两个带座轴承、横向圆管、从动齿轮、两个套环、两个半圆形平台、U形支架、两个同步带轮、同步带、轮轴、圆形转盘均由非金属材料制成。

使用时，待测试的三维无线电能接收线圈固定于圆形转盘的上端面。三维无线电能接收线圈、圆形转盘、轮轴、U形支架、第二个套环、第二个半圆形平台、第二个同步带轮均始终置于交变磁场中。L形载台、第一舵机、第二舵机、主动齿轮、从动齿轮、两个带座轴承、第一个套环、第一个半圆形平台、第一个同步带轮均始终置于交变磁场外。具体使用过程包括：（1）三维无线电能接收线圈的空间位置调整：在两个横向电动直线模组的共同驱动下，纵向电动直线模组、竖向电动直线模组、姿态调整机构、三维无线电能接收线圈一起进行横向移动。在纵向电动直线模组的驱动下，竖向电动直线模组、姿态调整机构、三维无线电能接收线圈一起进行纵向移动。在竖向电动直线模组的驱动下，姿态调整机构、三维无线电能接收线圈一起进行竖向移动。基于三维无线电能接收线圈的横向移动、纵向移动、竖向移动，即可对三维无线电能接收线圈的空间位置进行任意调整。（2）三维无线电能接收线圈的姿态调整：在第一舵机的驱动下，主动齿轮、从动齿轮、横向圆管、两个套环、两个半圆形平台、第二舵机、U形支架、两个同步带轮、同步带、轮轴、圆形转盘、三维无线电能接收线圈一起进行俯仰转动。在第二舵机的驱动下，两个同步带轮、同步带、轮轴、圆形转盘、三维无线电能接收线圈一起进行水平转动。基于三维无线电能接收线圈的俯仰转动、水平转动，即可对三维无线电能接收线圈的姿态进行任意调整。

基于上述过程，与现有调整装置相比，本发明所述的一种用于三维无线电能接收线圈的全空间全姿态调整装置通过采用全新结构，具备了如下优点：其一，本发明实现了对三维无线电能接收线圈的空间位置和姿态进行任意调整，由此使得三维无线电能接收线圈的位姿在交变磁场范围内实现了任意变化，从而保证了测试结果的全面性。其二，本发明在使用过程中无需整体置于交变磁场中，而只需将姿态调整机构的非金属部件置于交变磁场中，由此避免了破坏交变磁场的均匀性，从而提高了测试结果的准确性。

本发明结构合理、设计巧妙，有效解决了现有调整装置无法对三维无线电能接收线圈的空间位置进行调整、在使用过程中会破坏交变磁场的均匀性的问题，适用于弱耦合无线电能传输系统。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中姿态调整机构的结构示意图。

图3是本发明中姿态调整机构的部分结构示意图一。

图4是本发明中姿态调整机构的部分结构示意图二。

图5是本发明中姿态调整机构的部分结构示意图三。

图中：101-横向电动直线模组，102-纵向电动直线模组，103-竖向电动直线模组，104-L形托板，201-L形载台，202-第一舵机，203-主动齿轮，204-带座轴承，205-横向圆管，206-从动齿轮，207-套环，208-半圆形平台，209-第二舵机，210-U形支架，211-同步带轮，212-同步带，213-圆形转盘。

具体实施方式

根据图1~图5所示，一种用于三维无线电能接收线圈的全空间全姿态调整装置，包括空间位置调整机构、姿态调整机构；

所述空间位置调整机构包括横向电动直线模组101、纵向电动直线模组102、竖向电动直线模组103、L形托板104；

横向电动直线模组101的数目为两个；两个横向电动直线模组101的滑台均朝上，且两个横向电动直线模组101呈前后平行排列；纵向电动直线模组102的滑台朝上，且纵向电动直线模组102的底座外底面两端分别与两个横向电动直线模组101的滑台上表面固定；竖向电动直线模组103的滑台朝右，且竖向电动直线模组103的底座下外侧面与纵向电动直线模组102的滑台上表面固定；L形托板104的一边为竖直边，另一边为水平边；L形托板104的竖直边外侧面朝左、水平边外侧面朝下；L形托板104的竖直边外侧面与竖向电动直线模组103的滑台右表面固定；

所述姿态调整机构包括L形载台201、第一舵机202、主动齿轮203、带座轴承204、横向圆管205、从动齿轮206、套环207、半圆形平台208、第二舵机209、U形支架210、同步带轮211、同步带212、圆形转盘213；

L形载台201的一边为竖直边，另一边为水平边；L形载台201的竖直边外侧面朝左、水平边外侧面朝下；L形载台201的竖直边外侧面前下部与L形托板104的竖直边内侧面固定；L形载台201的水平边外侧面左前部与L形托板104的水平边内侧面固定；第一舵机202的机座固定于L形载台201的水平边内侧面中前部，且第一舵机202的输出轴朝左；主动齿轮203固定装配于第一舵机202的输出轴上；带座轴承204的数目为两个；第一个带座轴承204固定于L形载台201的水平边内侧面中后部；第二个带座轴承204固定于L形载台201的水平边内侧面右后部；两个带座轴承204呈左右平行排列；横向圆管205的左部转动支撑于两个带座轴承204上；从动齿轮206固定装配于横向圆管205的外侧面左部，且从动齿轮206位于第一个带座轴承204的左侧；从动齿轮206与主动齿轮203啮合；套环207的数目为两个；第一个套环207固定装配于横向圆管205的外侧面左端；第二个套环207固定装配于横向圆管205的外侧面右端；半圆形平台208的数目为两个；第一个半圆形平台208的侧面直形段一方面与第一个套环207的左端面下部固定，另一方面与横向圆管205的左端面下部接触；第二个半圆形平台208的侧面直形段一方面与第二个套环207的右端面下部固定，另一方面与横向圆管205的右端面下部接触；两个半圆形平台208的上端面各开设有一个盲孔；第二舵机209的机座嵌装于第一个半圆形平台208上的盲孔内，且第二舵机209的输出轴朝上；第二舵机209的输出轴上端面超出第一个半圆形平台208的上端面；U形支架210的开口朝下，且U形支架210的两个侧边分别垂直固定于第二个半圆形平台208的上端面前部和上端面后部；U形支架210的底边中央开设有上下贯通的通孔，且通孔与第二个半圆形平台208上的盲孔正对；同步带轮211的数目为两个；第一个同步带轮211固定装配于第二舵机209的输出轴上，且第一个同步带轮211位于第一个半圆形平台208的上方；第二个同步带轮211的中心孔内固定穿设有轮轴，且轮轴的两端分别转动穿设于第二个半圆形平台208上的盲孔和U形支架210上的通孔内；轮轴的上端面超出U形支架210的底边外侧面；同步带212同时装配于两个同步带轮211上，且同步带212穿设于横向圆管205内；圆形转盘213的下端面中央与轮轴的上端面固定；L形载台201、主动齿轮203、两个带座轴承204、横向圆管205、从动齿轮206、两个套环207、两个半圆形平台208、U形支架210、两个同步带轮211、同步带212、轮轴、圆形转盘213均由非金属材料制成。

具体实施时，两个横向电动直线模组101、纵向电动直线模组102、竖向电动直线模组103均为丝杆型电动直线模组；两个横向电动直线模组101的电机行程、竖向电动直线模组103的电机行程均为500mm；纵向电动直线模组102的电机行程为400mm。第一个套环207与横向圆管205之间的固定装配结构包括开设于第一个套环207的端面内边缘的第一豁槽、延伸设置于横向圆管205的外侧面左端且与第一豁槽配合的第一凸台；第二个套环207与横向圆管205之间的固定装配结构包括开设于第二个套环207的端面内边缘的第二豁槽、延伸设置于横向圆管205的外侧面右端且与第二豁槽配合的第二凸台；两个套环207的外侧面均由上段弧槽面和下段方槽面组成。

Claims (3)

1.一种用于三维无线电能接收线圈的全空间全姿态调整装置，其特征在于：包括空间位置调整机构、姿态调整机构；

所述空间位置调整机构包括横向电动直线模组（101）、纵向电动直线模组（102）、竖向电动直线模组（103）、L形托板（104）；

横向电动直线模组（101）的数目为两个；两个横向电动直线模组（101）的滑台均朝上，且两个横向电动直线模组（101）呈前后平行排列；纵向电动直线模组（102）的滑台朝上，且纵向电动直线模组（102）的底座外底面两端分别与两个横向电动直线模组（101）的滑台上表面固定；竖向电动直线模组（103）的滑台朝右，且竖向电动直线模组（103）的底座下外侧面与纵向电动直线模组（102）的滑台上表面固定；L形托板（104）的一边为竖直边，另一边为水平边；L形托板（104）的竖直边外侧面朝左、水平边外侧面朝下；L形托板（104）的竖直边外侧面与竖向电动直线模组（103）的滑台右表面固定；

所述姿态调整机构包括L形载台（201）、第一舵机（202）、主动齿轮（203）、带座轴承（204）、横向圆管（205）、从动齿轮（206）、套环（207）、半圆形平台（208）、第二舵机（209）、U形支架（210）、同步带轮（211）、同步带（212）、圆形转盘（213）；

L形载台（201）的一边为竖直边，另一边为水平边；L形载台（201）的竖直边外侧面朝左、水平边外侧面朝下；L形载台（201）的竖直边外侧面前下部与L形托板（104）的竖直边内侧面固定；L形载台（201）的水平边外侧面左前部与L形托板（104）的水平边内侧面固定；第一舵机（202）的机座固定于L形载台（201）的水平边内侧面中前部，且第一舵机（202）的输出轴朝左；主动齿轮（203）固定装配于第一舵机（202）的输出轴上；带座轴承（204）的数目为两个；第一个带座轴承（204）固定于L形载台（201）的水平边内侧面中后部；第二个带座轴承（204）固定于L形载台（201）的水平边内侧面右后部；两个带座轴承（204）呈左右平行排列；横向圆管（205）的左部转动支撑于两个带座轴承（204）上；从动齿轮（206）固定装配于横向圆管（205）的外侧面左部，且从动齿轮（206）位于第一个带座轴承（204）的左侧；从动齿轮（206）与主动齿轮（203）啮合；套环（207）的数目为两个；第一个套环（207）固定装配于横向圆管（205）的外侧面左端；第二个套环（207）固定装配于横向圆管（205）的外侧面右端；半圆形平台（208）的数目为两个；第一个半圆形平台（208）的侧面直形段一方面与第一个套环（207）的左端面下部固定，另一方面与横向圆管（205）的左端面下部接触；第二个半圆形平台（208）的侧面直形段一方面与第二个套环（207）的右端面下部固定，另一方面与横向圆管（205）的右端面下部接触；两个半圆形平台（208）的上端面各开设有一个盲孔；第二舵机（209）的机座嵌装于第一个半圆形平台（208）上的盲孔内，且第二舵机（209）的输出轴朝上；第二舵机（209）的输出轴上端面超出第一个半圆形平台（208）的上端面；U形支架（210）的开口朝下，且U形支架（210）的两个侧边分别垂直固定于第二个半圆形平台（208）的上端面前部和上端面后部；U形支架（210）的底边中央开设有上下贯通的通孔，且通孔与第二个半圆形平台（208）上的盲孔正对；同步带轮（211）的数目为两个；第一个同步带轮（211）固定装配于第二舵机（209）的输出轴上，且第一个同步带轮（211）位于第一个半圆形平台（208）的上方；第二个同步带轮（211）的中心孔内固定穿设有轮轴，且轮轴的两端分别转动穿设于第二个半圆形平台（208）上的盲孔和U形支架（210）上的通孔内；轮轴的上端面超出U形支架（210）的底边外侧面；同步带（212）同时装配于两个同步带轮（211）上，且同步带（212）穿设于横向圆管（205）内；圆形转盘（213）的下端面中央与轮轴的上端面固定；L形载台（201）、主动齿轮（203）、两个带座轴承（204）、横向圆管（205）、从动齿轮（206）、两个套环（207）、两个半圆形平台（208）、U形支架（210）、两个同步带轮（211）、同步带（212）、轮轴、圆形转盘（213）均由非金属材料制成。

2.根据权利要求1所述的一种用于三维无线电能接收线圈的全空间全姿态调整装置，其特征在于：两个横向电动直线模组（101）、纵向电动直线模组（102）、竖向电动直线模组（103）均为丝杆型电动直线模组；两个横向电动直线模组（101）的电机行程、竖向电动直线模组（103）的电机行程均为500mm；纵向电动直线模组（102）的电机行程为400mm。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于三维无线电能接收线圈的全空间全姿态调整装置，其特征在于：第一个套环（207）与横向圆管（205）之间的固定装配结构包括开设于第一个套环（207）的端面内边缘的第一豁槽、延伸设置于横向圆管（205）的外侧面左端且与第一豁槽配合的第一凸台；第二个套环（207）与横向圆管（205）之间的固定装配结构包括开设于第二个套环（207）的端面内边缘的第二豁槽、延伸设置于横向圆管（205）的外侧面右端且与第二豁槽配合的第二凸台；两个套环（207）的外侧面均由上段弧槽面和下段方槽面组成。

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