本發(fā)明涉及激光掃描探測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種基于環(huán)形外轉(zhuǎn)子電機(jī)的掃描式激光測(cè)距裝置及其實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

自主避障技術(shù)是無人機(jī)，無人車等無人裝備需要解決的關(guān)鍵技術(shù)，避障能力是檢驗(yàn)無人設(shè)備綜合性能的一個(gè)關(guān)鍵因素。目前主流的避障技術(shù)主要有超聲波和視覺技術(shù)。其中超聲波是最簡(jiǎn)單的測(cè)距系統(tǒng)，成本相對(duì)較低，運(yùn)用方便，但是由于作用距離較近，測(cè)距精度不高，而且容易受外界干擾；視覺技術(shù)極易收到光照因素的影響，不能滿足全天候自主避障的需求。

現(xiàn)有的激光雷達(dá)能夠?qū)崿F(xiàn)360°掃描探測(cè)，但現(xiàn)有的方案通常需要使用滑環(huán)，從而影響了激光雷達(dá)的使用壽命，而不使用滑環(huán)的方案則難以實(shí)現(xiàn)360°全覆蓋的探測(cè)效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是在于提供一種基于環(huán)形外轉(zhuǎn)子電機(jī)的掃描式激光測(cè)距裝置及其實(shí)現(xiàn)方法，該方案不需要使用滑環(huán)也可以實(shí)現(xiàn)360°探測(cè)，與現(xiàn)有方案相比具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于環(huán)形外轉(zhuǎn)子電機(jī)的掃描式激光測(cè)距裝置，包括電機(jī)轉(zhuǎn)子1，電機(jī)定子2，軸承17，與電機(jī)轉(zhuǎn)子1連接的測(cè)角傳感器8；還包括激光驅(qū)動(dòng)電路4，與激光驅(qū)動(dòng)電4連接的激光器5，固定于激光器5發(fā)射端的第一匯聚鏡頭6，固定于第一匯聚鏡頭6匯聚光路上的第一反射裝置7，固定于第一反射裝置7激光發(fā)射光路上且與電機(jī)轉(zhuǎn)子1固連的第二反射裝置3，固定于第二反射裝置3接收光路上的濾光裝置9，固定于濾光裝置9濾光光路上的第二匯聚鏡頭10，固定于第二匯聚鏡頭10匯聚光路上的激光探測(cè)器11；與激光探測(cè)器連接11的激光測(cè)距裝置12；還包括與所述激光驅(qū)動(dòng)電路4、激光測(cè)距裝置12和測(cè)角傳感器8連接的系統(tǒng)處理器單元13；還包括與電機(jī)轉(zhuǎn)子1固連的永磁體15，纏繞在電機(jī)定子2上的線圈16；所述電機(jī)定子2和電機(jī)轉(zhuǎn)子1是環(huán)形空心圓柱狀，使得發(fā)射激光和接收激光均從中穿過。

所述電機(jī)轉(zhuǎn)子1外側(cè)的內(nèi)壁上嵌有永磁體15，永磁體15沿圓周方向均勻排列，電機(jī)轉(zhuǎn)子1內(nèi)側(cè)的外壁與軸承17的內(nèi)環(huán)固連，電機(jī)轉(zhuǎn)子1能夠隨軸承內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。

所述電機(jī)定子2的外側(cè)繞有線圈16，電機(jī)定子2的內(nèi)側(cè)與軸承17的外環(huán)固連。

所述的第一反射裝置7的激光發(fā)射光路包含在第二反射裝置3的激光接收光路之中。

所述第一反射裝置7在水平面上投影的面積不大于第二匯聚鏡頭10在水平面上投影面積的三分之一。

所述第一反射裝置7與水平方向成135度夾角；所述的第二反射裝置3與水平方向成45度夾角。

所述濾光裝置9，起到過濾雜色，消除光干擾的作用。

所述激光探測(cè)器11接收第二匯聚鏡頭10匯聚的激光，以便激光測(cè)距裝置12后續(xù)計(jì)算處理。

所述電機(jī)轉(zhuǎn)子1、第二反射裝置3、激光驅(qū)動(dòng)電路4、激光器5、第一匯聚鏡頭6、第一反射裝置7、測(cè)角傳感器8、濾光裝置9、第二匯聚鏡頭10、激光探測(cè)器11、激光測(cè)距裝置12和系統(tǒng)處理器單元13包裝在激光雷達(dá)外殼14內(nèi)部。

上述所述基于環(huán)形外轉(zhuǎn)子電機(jī)的掃描式激光測(cè)距裝置實(shí)現(xiàn)測(cè)距的方法，包括如下步驟：

步驟一，系統(tǒng)處理器單元13通過激光驅(qū)動(dòng)電路4驅(qū)動(dòng)激光器5發(fā)射激光穿過第一匯聚鏡頭6，照射到第一反射裝置7后反射成豎直方向激光，電機(jī)轉(zhuǎn)子1和電機(jī)定子2為環(huán)形空心圓柱狀，激光豎直穿過電機(jī)轉(zhuǎn)子1和電機(jī)定子2照射到第二反射裝置3；

步驟二，第二反射裝置3與電機(jī)轉(zhuǎn)子1固連，電機(jī)轉(zhuǎn)子1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)，將照射到第二反射裝置3的豎直方向激光反射成為水平掃描激光，并對(duì)水平面進(jìn)行360度掃描探測(cè)；

步驟三，目標(biāo)反射的激光被第二反射裝置3反射，豎直穿過電機(jī)轉(zhuǎn)子1和電機(jī)定子2后，其中一部分激光在第一反射裝置7處被遮擋損失掉，另一部分則直接經(jīng)濾光裝置9濾光后穿過第二匯聚鏡頭10，第二匯聚鏡頭10實(shí)現(xiàn)匯聚激光的作用，激光探測(cè)器11接收反射回來的激光，以便激光測(cè)距裝置12進(jìn)行后續(xù)處理；

步驟四，激光測(cè)距裝置12通過測(cè)量發(fā)射激光脈沖時(shí)間t₁和接收激光脈沖時(shí)間t₂之間的時(shí)間差計(jì)算目標(biāo)的距離s；系統(tǒng)處理器單元13通過測(cè)角傳感器8測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)子1在發(fā)射激光照射到第二反射裝置時(shí)刻的轉(zhuǎn)角θ，同時(shí)再讀取激光測(cè)距裝置12計(jì)算的目標(biāo)距離s，實(shí)現(xiàn)對(duì)周圍360°障礙物的掃描探測(cè)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn)：

第一，本發(fā)明電機(jī)的轉(zhuǎn)子、定子及軸承為環(huán)形空心圓柱狀，區(qū)別于普通電機(jī)的實(shí)心轉(zhuǎn)軸，將電機(jī)轉(zhuǎn)子、定子及軸承設(shè)計(jì)成空心狀，發(fā)射激光和接收激光均從中穿過；把反射裝置與電機(jī)轉(zhuǎn)子固連并隨其旋轉(zhuǎn)，而激光發(fā)射和接收裝置不發(fā)生旋轉(zhuǎn)，該設(shè)計(jì)及可以實(shí)現(xiàn)360°掃描探測(cè)，又不需要滑環(huán)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，價(jià)格便宜，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

第二，本發(fā)明設(shè)計(jì)的掃描裝置，有利于減小環(huán)形電機(jī)的徑向尺寸，適合在徑向空間較狹小的環(huán)境下使用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于環(huán)形外轉(zhuǎn)子電機(jī)的掃描式激光測(cè)距裝置結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明裝置中電機(jī)轉(zhuǎn)子與第二反射裝置固連的示意圖。

圖3為本發(fā)明裝置中環(huán)形外轉(zhuǎn)子電機(jī)俯視圖。

圖4為本發(fā)明裝置中環(huán)形外轉(zhuǎn)子電機(jī)主視圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。

如圖1所示，本發(fā)明一種基于環(huán)形外轉(zhuǎn)子電機(jī)的掃描式激光測(cè)距裝置，包括電機(jī)轉(zhuǎn)子1，電機(jī)定子2，,軸承17，與電機(jī)轉(zhuǎn)子1連接的測(cè)角傳感器8；還包括激光驅(qū)動(dòng)電路4，與激光驅(qū)動(dòng)電4連接的激光器5，固定于激光器5發(fā)射端的第一匯聚鏡頭6，固定于第一匯聚鏡頭6匯聚光路上的第一反射裝置7，固定于第一反射裝置7激光發(fā)射光路上且與電機(jī)轉(zhuǎn)子1固連的第二反射裝置3，固定于第二反射裝置3接收光路上的濾光裝置9，固定于濾光裝置9濾光光路上的第二匯聚鏡頭10，固定于第二匯聚鏡頭10匯聚光路上的激光探測(cè)器11；與激光探測(cè)器連接的激光測(cè)距裝置12；還包括與所述激光驅(qū)動(dòng)電路4、激光測(cè)距裝置12和測(cè)角傳感器8連接的系統(tǒng)處理器單元13；還包括與電機(jī)轉(zhuǎn)子1固連的永磁體15，纏繞在電機(jī)定子2上的線圈16；

如圖3和圖4所示，所述電機(jī)定子2和電機(jī)轉(zhuǎn)子1均為空心圓柱狀，發(fā)射激光和接收激光均從中穿過。所述電機(jī)轉(zhuǎn)子1外側(cè)的內(nèi)壁上嵌有永磁體15，永磁體15沿圓周方向均勻排列，電機(jī)轉(zhuǎn)子1內(nèi)側(cè)的外壁與軸承17的內(nèi)環(huán)固連，電機(jī)轉(zhuǎn)子1能夠隨軸承內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。所述電機(jī)定子2的外側(cè)繞有線圈16，電機(jī)定子2的內(nèi)側(cè)與軸承17的外環(huán)固連。

所述第一反射裝置7，反射第一匯聚鏡頭6匯聚的激光，作為優(yōu)選方案，所述的第一反射裝置7與水平方向成135度夾角時(shí)可以達(dá)到最佳反射效果。

所述第二反射裝置3，固定于電機(jī)轉(zhuǎn)子1上與電機(jī)轉(zhuǎn)子1同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，作為優(yōu)選方案，所述的第二反射裝置3與水平方向成45度夾角時(shí)可以達(dá)到最佳反射效果。

如圖2所示，本發(fā)明中電機(jī)轉(zhuǎn)子與第二反射裝置3相固連的示意圖，第二反射裝置3和電機(jī)轉(zhuǎn)子1固連在一起，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)1時(shí)帶動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)子1和電機(jī)定子2為空心圓柱狀，激光可以從電機(jī)轉(zhuǎn)子1和電機(jī)定子2中穿過。

本發(fā)明激光驅(qū)動(dòng)電路4驅(qū)動(dòng)激光器5產(chǎn)生一個(gè)激光脈沖束，激光穿過第一匯聚鏡頭6，第一匯聚鏡頭6達(dá)到準(zhǔn)直激光的作用，經(jīng)準(zhǔn)直后的激光照射到第一反射裝置7處反射成豎直方向的激光，電機(jī)轉(zhuǎn)子1和電機(jī)定子2為空心圓柱狀，激光豎直穿過電機(jī)轉(zhuǎn)子1和電機(jī)定子2照射到第一反射裝置3。電機(jī)轉(zhuǎn)子1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)固連于其轉(zhuǎn)子上的第二反射裝置3不停旋轉(zhuǎn)，將豎直入射第二反射裝置3的激光反射成為360°發(fā)射的水平激光，對(duì)該水平面進(jìn)行探測(cè)掃描。目標(biāo)位于第二反射裝置3的反射光路時(shí)，激光被反射回來經(jīng)第二反射裝置3反射豎直穿過電機(jī)轉(zhuǎn)子1和電機(jī)定子2后，其中一部分激光在第一反射裝置7處被遮擋損耗掉，另一部分激光則直接穿過濾光裝置9，過濾后的激光照射到第二匯聚鏡頭10，經(jīng)第二匯聚鏡頭10匯聚作用后，激光探測(cè)器11接收匯聚后的激光，以便激光測(cè)距裝置12進(jìn)行后續(xù)處理。當(dāng)激光探測(cè)器11接收到返回來的激光后，激光測(cè)距裝置12通過測(cè)量發(fā)射激光脈沖時(shí)間t₁和接收激光脈沖時(shí)間t₂之間的時(shí)間差(或測(cè)量激光器驅(qū)動(dòng)脈沖和接收激光脈沖之間的時(shí)間差)計(jì)算目標(biāo)的距離s，計(jì)算公式如下：s＝(t₂-t₁)*v(v為激光的速度)；系統(tǒng)處理器單元11通過測(cè)角傳感器8測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)子1在發(fā)射激光照射到第二反射裝置3時(shí)刻的轉(zhuǎn)角θ，獲得該轉(zhuǎn)角位置，再讀取激光測(cè)距裝置12計(jì)算的目標(biāo)的距離s，則實(shí)現(xiàn)了對(duì)周圍360°障礙物的掃描探測(cè)。