[发明专利]高精度单电机传动激光雷达三维扫描仪

权利要求书

1.一种高精度单电机传动激光雷达三维扫描仪，其特征在于，包括：高精度伺服电机(1)、带顺时针逆止器的蜗杆(2)、带逆时针逆止器的蜗杆(3)、内筒蜗轮(4)、扫描仪内筒(5)，内筒齿轮组(6)与(7)、无线双轴超高精度俯仰角度传感器(8)、俯仰角度传感器电源模块(9)、外筒蜗轮(10)、扫描仪外筒(11)、环形角度编码器(12)、轴承组(13)与激光雷达外壳(17)；

高精度伺服电机(1)分别与带顺时针逆止器的蜗杆(2)以及带逆时针逆止器的蜗杆(3)相连，带顺时针逆止器的蜗杆(2)通过安装在扫描仪内筒(5)下端的内筒蜗轮(4)，驱动扫描仪内筒(5)转动，扫描仪内筒上部安装有内筒齿轮组(6)和(7)，使水平旋转的扫描仪内筒(5)转换为扫描仪的竖直方向扫描；带逆时针逆止器的蜗杆(3)通过安装在扫描仪外筒(11)下端的外筒蜗轮(10)，驱动扫描仪外筒(11)水平旋转，从而实现扫描仪的水平扫描；环形角度编码器(12)的编码器固定在激光雷达外壳(17)上，其码盘固定在扫描仪外筒(11)上；无线双轴超高精度角度传感器(8)固定在扫描仪内筒(5)的外壁上，其内置有俯仰角度传感器电源模块(9)；扫描仪内筒(5)与扫描仪外筒(11)，以及扫描仪外筒(11)与激光雷达外壳(17)之间均通过轴承组(13)相连；

实现水平方向旋转和角度检测的方式如下：由控制计算机设定一个水平扫描角度，并控制高精度伺服电机(1)逆时针旋转，由高精度伺服电机(1)驱动带逆时针逆止器的蜗杆(3)旋转，并由带逆时针逆止器的蜗杆(3)驱动外筒蜗轮(10)旋转，外筒蜗轮(10)驱动扫描仪外筒(11)旋转，同时安装在扫描仪外筒(11)上的环形角度编码器(12)的码盘随外筒一起旋转，环形角度编码器(12)的编码器固定在激光雷达外壳(17)上，记录外筒旋转角度；

实现垂直方向旋转和角度检测的方式如下：由控制计算机设定一个垂直扫描角度，并控制高精度伺服电机(1)顺时针旋转，由高精度伺服电机(1)驱动带顺时针逆止器的蜗杆(2)旋转，并由带顺时针逆止器的蜗杆(2)驱动内筒蜗轮(4)旋转，内筒蜗轮(4)驱动扫描仪内筒(5)，通过内筒齿轮组(6)和(7)将扫描仪内筒(5)水平方向的旋转转化为扫描头竖直方向的旋转，同时无线双轴超高精度俯仰角度传感器(8)实时记录扫描头垂直旋转角度。

2.根据权利要求1所述的高精度单电机传动激光雷达三维扫描仪，其特征在于，

带顺时针逆止器的蜗杆(2)与带逆时针逆止器的蜗杆(3)均为蜗杆和逆止器的套接使用，通过连接高精度伺服电机(1)，实现了使用一台高精度伺服电机顺时针旋转时，控制扫描仪垂直方向扫描；逆时针旋转时，控制扫描仪水平方向扫描。

3.根据权利要求1所述的高精度单电机传动激光雷达三维扫描仪，其特征在于，

在扫描仪开机时，无线双轴超高精度俯仰角度传感器(8)检测扫描头的水平方位，并通过无线信号反馈给控制计算机，由控制计算机控制高精度伺服电机(1)顺时针旋转，驱动带顺时针逆止器的蜗杆(2)旋转，由带顺时针逆止器的蜗杆(2)驱动内筒蜗轮(4)旋转，内筒蜗轮(4)通过齿轮组(6)和(7)将内筒水平方向的旋转转化为扫描头竖直方向的旋转，直至扫描头处于竖直向上的零点位置，从而实现扫描仪的开机自动水平校准。

4.根据权利要求1所述的高精度单电机传动激光雷达三维扫描仪，其特征在于，

所述无线双轴超高精度俯仰角度传感器(8)与环形角度编码器(12)的精度均为±0.001°，通过读取这两个传感器的数据，对扫描仪实际旋转角度进行实时记录，并在后续数据处理中，对旋转角度数据进行纠正。

5.根据权利要求1所述的高精度单电机传动激光雷达三维扫描仪，其特征在于，还包括：保护镜头(15)与挡雨器(16)；

所述保护镜头(15)设置在扫描头上方，所述挡雨器(16)设置在激光雷达外壳与扫描仪外筒(11)的接触部位。