[发明专利]基于环形外转子电机的线扫描激光雷达及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光测量技术领域，具体涉及一种基于环形外转子电机的线扫描激光雷达及其实现方法。

背景技术

自主避障技术是无人机，无人车等无人装备需要解决的关键技术，避障能力是检验无人设备综合性能的一个关键因素。目前主流的避障技术主要有超声波和视觉技术。其中超声波是最简单的测距系统，成本相对较低，运用方便，但是由于作用距离较近，测距精度不高，而且容易受外界干扰；视觉技术极易收到光照因素的影响，不能满足全天候自主避障的需求。

现有的激光雷达能够实现360°扫描探测，但现有的方案通常需要使用滑环，从而影响了激光雷达的使用寿命，而不使用滑环的方案则难以实现360°全覆盖的探测效果。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于环形外转子电机的线扫描激光雷达及其实现方法，能够实现无人设备的自主避障能力。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于环形外转子电机的线扫描激光雷达，包括电机转子1，电机的定子与轴承2，与电机转子1连接的测角传感器6；与测角传感器6连接的中央计算机7，与中央计算机7连接的激光器4，固定于激光器4发射光路上的发射透镜8，固定于激光器4发射光路且与外转子电机1的转子固连的反射装置3，固定于反射装置3反射光路上的汇聚镜头9，固定于汇聚镜头9汇聚光路上的激光探测器10，与激光探测器10连接的激光测距模块5；激光测距模块5与中央计算机7相连接；还包括与电机转子1固连的永磁体(15)，缠绕在电机定子2上的线圈(16)；所述电机转子1与电机定子2是空心圆柱状，发射激光和接收激光均从中穿过。

所述电机转子1外侧的内壁上嵌有永磁体15，永磁体15沿圆周方向均匀排列，电机转子1内侧的外壁与轴承12的内环固连，电机转子1能够随轴承内环的转动而转动。

所述电机定子2的外侧绕有线圈16，电机定子2的内侧与轴承12的外环固连。

所述反射装置3，固定于电机转子1上，与电机转子1同时转动，所述反射装置3与水平方向成45度夹角。

所述激光器4发射光路的光轴与激光探测器10接收光路的光轴相互平行。

所述基于环形外转子电机的线扫描激光雷达实现360°扫描测距的方法，包括如下步骤：

步骤一，中央计算机7输出控制激光器4的信号控制激光器4发出脉冲激光，脉冲激光穿过电机转子1和电机定子2的中心后照射到反射装置3上，经过反射装置3的反射后，脉冲激光照射到目标上；

步骤二，电机转子1转动时带动固定于其上的第二反射装置3同时转动，从而将照射到第二反射装置3的竖直方向激光变为水平方向的激光，并实现360°扫描，中央计算机7通过测角传感器6测量电机转子1在发射激光照射到反射装置(3)时刻转过的角度；

步骤三，水平方向的激光经目标反射后再次经过反射装置3反射成竖直方向的激光并穿过电机转子1与电机定子2的中心，经汇聚镜头9汇聚作用后，被激光探测器10接收，以便激光测距模块5进行后续处理；

步骤四，当激光探测器10接收到返回来的激光后，激光测距模块5通过测量发射激光脉冲时间t₁和接收激光脉冲时间t₂之间的时间差计算目标的距离，中央计算机7再读取激光测距模块5计算的目标的距离，实现对360°目标的扫描探测。

与现有技术相比，本发明有以下优点：

1.本发明的扫描装置区别于传统的一维激光扫描装置，将扫描电机的转子、定子设计成空心圆柱状，激光可以从转子和定子的中心穿过，该设计不必使用电滑环就可以实现360°扫描，具有使用寿命长，结构紧凑，价格低廉的优势。

2.使用激光发射光轴与激光接收光轴相互平行的方案，具有结构简单，易于实现，成本低廉的优势。

3.本发明激光发射光轴与接收光轴并不重合，使得扫描的激光轨迹所在的平面与水平面成一定角度，该特点特别适合于无人机，机器人的避障。

4.本发明激光雷达的结构有利于减小环形电机的径向尺寸，适合在径向空间较狭小的环境下使用。

附图说明

图1为本发明基于环形外转子电机的线扫描激光雷达结构图。

图2为本发明电机转子与反射装置固连的示意图。

图3为本发明装置中环形外转子电机俯视剖面图。

图4为本发明装置中环形外转子电机主视剖面图。

具体实施方式