本發(fā)明涉及激光測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于盤式轉(zhuǎn)子電機(jī)的線掃描激光雷達(dá)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)。其中超聲波是最簡單的測距系統(tǒng)，成本相對較低，運(yùn)用方便，但是由于作用距離較近，測距精度不高，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，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盤式轉(zhuǎn)子電機(jī)的線掃描激光雷達(dá)及其實(shí)現(xiàn)方法，能夠?qū)崿F(xiàn)無人設(shè)備的自主避障能力。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于盤式轉(zhuǎn)子電機(jī)的線掃描激光雷達(dá)，包括電機(jī)轉(zhuǎn)子1，電機(jī)定子2，軸承15，與電機(jī)轉(zhuǎn)子1連接的測角傳感器6；與測角傳感器6連接的系統(tǒng)處理器7，與系統(tǒng)處理器7連接的激光器4，固定于 激光器4發(fā)射光路上的準(zhǔn)直透鏡8，固定于激光器4發(fā)射光路且與電機(jī)轉(zhuǎn)子1固連的反射裝置3，固定于反射裝置3反射光路上的聚焦透鏡9，固定于聚焦透鏡9匯聚光路上的激光探測器10，與激光探測器10連接的激光測距模塊5；激光測距模塊5與系統(tǒng)處理器7相連接；還包括與電機(jī)轉(zhuǎn)子1固連的永磁體16，纏繞在電機(jī)定子2上的線圈14；所述電機(jī)定子2和電機(jī)轉(zhuǎn)子1均是環(huán)形空心盤狀，發(fā)射激光和接收激光均可從中穿過。

所述電機(jī)轉(zhuǎn)子1位于電機(jī)定子2的上端，電機(jī)轉(zhuǎn)子1和電機(jī)定子2軸向相連。

所述電機(jī)定子2的上表面沿圓周方向均勻地纏繞著線圈14，電機(jī)定子2與軸承15的外環(huán)外壁固連。

所述電機(jī)轉(zhuǎn)子1下表面嵌有永磁體16，永磁體16沿圓周方向均勻排列；電機(jī)轉(zhuǎn)子1呈空心凸臺狀，電機(jī)轉(zhuǎn)子1的凸臺與軸承內(nèi)環(huán)內(nèi)壁固連。

所述反射裝置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)，所述反射裝置3與水平方向成45度夾角。

所述激光器4發(fā)射光路的光軸與激光探測器10接收光路的光軸相互平行。

所述基于盤式轉(zhuǎn)子電機(jī)的線掃描激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)360°掃描測距的方法，包括如下步驟：

步驟一，系統(tǒng)處理器7輸出控制激光器4的信號控制激光器4發(fā)出脈沖激光，脈沖激光經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡8準(zhǔn)直之后穿過電機(jī)定子2和電 機(jī)轉(zhuǎn)子1的中心后照射到反射裝置3上，經(jīng)過反射裝置3的反射后，照射到目標(biāo)物上；

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，并對水平面進(jìn)行360度掃描探測,系統(tǒng)處理器單元7通過測角傳感器6測量電機(jī)轉(zhuǎn)子1在發(fā)射激光照射到反射裝置3時(shí)刻的轉(zhuǎn)角；

步驟三，目標(biāo)物反射的脈沖激光經(jīng)過反射裝置3反射成豎直方向的激光并穿過電機(jī)轉(zhuǎn)子1和電機(jī)定子2的中心后，經(jīng)聚焦透鏡9匯聚后，被激光探測器10接收；

步驟四，激光測距模塊5測量激光發(fā)射脈沖與接收脈沖之間的時(shí)間差，獲得目標(biāo)的距離信息，并將測距結(jié)果發(fā)送給系統(tǒng)處理器7；實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的360°掃描測距。

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

1.本發(fā)明電機(jī)的轉(zhuǎn)子、定子及軸承為環(huán)形空心盤狀，將電機(jī)轉(zhuǎn)子、定子及軸承設(shè)計(jì)成空心結(jié)構(gòu)，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)方案可以在不使用滑環(huán)的情況下實(shí)現(xiàn)對周圍環(huán)境360°掃描探測，具有結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，價(jià)格便宜，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。

2.本發(fā)明激光發(fā)射光軸與接收光軸并不重合，使得掃描的激光軌跡所在的平面與水平面成一定角度，該特點(diǎn)特別適合于無人機(jī)，機(jī)器人的避障。

3.使用激光發(fā)射光軸與激光接收光軸相互平行的方案，具有結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，成本低廉的優(yōu)勢。

4.本發(fā)明設(shè)計(jì)的掃描裝置有利于減小系統(tǒng)的軸向尺寸，適合在軸向空間較狹小的環(huán)境下使用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于盤式轉(zhuǎn)子電機(jī)的線掃描激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明電機(jī)與反射裝置固連的示意圖。

圖3為本發(fā)明盤式轉(zhuǎn)子電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4a為電機(jī)定子與軸承的側(cè)視圖。

圖4b為電機(jī)定子與軸承的俯視圖。

圖5a為電機(jī)轉(zhuǎn)子的側(cè)視圖。

圖5b為電機(jī)轉(zhuǎn)子的俯視圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(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)人員對本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。

如圖1所示，本發(fā)明一種基于盤式轉(zhuǎn)子電機(jī)的線掃描激光雷達(dá)，包括電機(jī)轉(zhuǎn)子1，電機(jī)定子2，軸承15，與電機(jī)轉(zhuǎn)子1連接的測角傳感器6；與測角傳感器6連接的系統(tǒng)處理器7，與系統(tǒng)處理器7連接的激光器4，固定于激光器4發(fā)射光路上的準(zhǔn)直透鏡8，固定于激光器4發(fā)射光路且與盤式轉(zhuǎn)子電機(jī)的轉(zhuǎn)子1固連的反射裝置3，固定于反射裝置3反射光路上的聚焦透鏡9，固定于聚焦透鏡9匯聚光路上 的激光探測器10，與激光探測器10連接的激光測距模塊5；激光測距模塊5與系統(tǒng)處理器7相連接，所述電機(jī)轉(zhuǎn)子1和電機(jī)定子2是空心盤狀，發(fā)射激光和接收激光均可從中穿過。

如圖2所示，所述反射裝置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)選的實(shí)施方式，所述反射裝置3與水平方向成45度夾角。

如圖3所示，所述電機(jī)轉(zhuǎn)子(1)位于電機(jī)定子(2)的上端，電機(jī)轉(zhuǎn)子(1)和電機(jī)定子(2)軸向相連。所述電機(jī)定子2的上表面沿圓周方向均勻地纏繞著線圈14，電機(jī)定子2與軸承15的外環(huán)外壁固連。所述電機(jī)轉(zhuǎn)子1下表面嵌有永磁體16，永磁體16沿圓周方向均勻排列。電機(jī)轉(zhuǎn)子1呈空心凸臺狀，電機(jī)轉(zhuǎn)子1的凸臺與軸承內(nèi)環(huán)內(nèi)壁固連。

圖4a為電機(jī)定子與軸承的側(cè)視圖，圖4b為電機(jī)定子與軸承的俯視圖。所述電機(jī)定子2是繞有線圈14和帶有軸承15的空心盤狀，發(fā)射激光和接收激光均從中穿過。

圖5a為電機(jī)轉(zhuǎn)子的側(cè)視圖，圖5b為電機(jī)轉(zhuǎn)子的俯視圖。所述電機(jī)轉(zhuǎn)子1為帶有永磁體16的空心盤狀，發(fā)射激光和接收激光均從中穿過。

作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述激光器4發(fā)射光路的光軸與激光探測器10接收光路的光軸相互平行。

本發(fā)明所述基于盤式轉(zhuǎn)子電機(jī)的線掃描激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)360°掃描測距的方法，包括如下步驟：

系統(tǒng)處理器(7)輸出控制激光器(4)的信號控制激光器(4)發(fā)出脈沖激光，脈沖激光經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡(8)準(zhǔn)直之后穿過電機(jī)的定子(2)和電機(jī)轉(zhuǎn)子(1)的中心后照射到反射裝置(3)上，經(jīng)過反射裝置(3)的反射后，照射到目標(biāo)物上；

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，并對水平面進(jìn)行360度掃描探測,系統(tǒng)處理器單元(7)通過測角傳感器(6)測量電機(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；

目標(biāo)物反射的脈沖激光經(jīng)過反射裝置(3)反射成豎直方向的激光并穿過電機(jī)轉(zhuǎn)子(1)和電機(jī)定子(2)的中心后，經(jīng)聚焦透鏡(9)匯聚后，被激光探測器(10)接收；

激光測距模塊(5)測量激光發(fā)射脈沖與接收脈沖之間的時(shí)間差，獲得目標(biāo)的距離信息，并將測距結(jié)果發(fā)送給系統(tǒng)處理器(7)，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的360°掃描測距。