本發(fā)明涉及測距技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種磁懸浮光學(xué)掃描測距裝置及方法。

背景技術(shù)：

光學(xué)掃描測距裝置是一種通過結(jié)構(gòu)光對目標(biāo)物體進(jìn)行非接觸掃描測距的裝置。通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)將結(jié)構(gòu)光束對環(huán)境掃描，可現(xiàn)實(shí)對環(huán)境輪廓信息的提取。

相對于超聲波和深度攝像機(jī)等方法，激光具有高相干性、高方向性等特征，能大大提高測量精確度，因此被廣泛應(yīng)用在測距裝置上。激光測距方法具有測量速度快、測程遠(yuǎn)的特點(diǎn)，目前，許多室內(nèi)機(jī)器人系統(tǒng)都采用激光測距裝置作為傳感器，實(shí)現(xiàn)定位、構(gòu)建地圖和壁障。

激光測距方法主要有脈沖法、飛行時間法、相位法和三角形測距法。脈沖法和相位法在每次測距時，需要較長的穩(wěn)定時間。飛行時間法需要多組光學(xué)結(jié)構(gòu)鏡頭實(shí)現(xiàn)掃描測距，整體結(jié)構(gòu)尺寸較大，成本較高。三角形測距法測量具有時間短、應(yīng)用成本低的優(yōu)點(diǎn)。

為了解決尺寸和成本問題，目前出現(xiàn)使用三角形測距原理的小型激光雷達(dá)，但這種裝置的旋轉(zhuǎn)部件供電和通訊需要使用導(dǎo)電滑環(huán)等實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)體間的電信號傳遞，這種機(jī)械機(jī)構(gòu)將極大的影響整體壽命，導(dǎo)電滑環(huán)易出現(xiàn)磨損等情況。而且現(xiàn)有技術(shù)旋轉(zhuǎn)件和固定件之間通過軸承支撐，并通過齒輪、皮帶輪等方式驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，存在機(jī)械磨損，影響壽命。且存在機(jī)械振動，基準(zhǔn)點(diǎn)失衡的問題，影響測量結(jié)果，使得精 度降低。

基于此，本發(fā)明提供了一種磁懸浮光學(xué)掃描測距裝置及方法以解決上述的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種磁懸浮光學(xué)掃描測距裝置及方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的小型激光雷達(dá)內(nèi)部器件易磨損，影響使用壽命技術(shù)問題。

基于上述目的，本發(fā)明提供了一種磁懸浮光學(xué)掃描測距裝置，包括固定底座、角度編碼器、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、激光測距系統(tǒng)、供電傳送及數(shù)據(jù)接收裝置、供電接收及無線數(shù)據(jù)傳送裝置和數(shù)據(jù)處理模塊；

所述旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括一個旋轉(zhuǎn)平臺、電機(jī)、導(dǎo)磁環(huán)和環(huán)形的永磁體；所述永磁體與所述固定底座轉(zhuǎn)動連接；

所述永磁體的中心設(shè)置有針軸窩；所述針軸一端插裝在所述針軸窩中，所述針軸另一端與所述導(dǎo)磁環(huán)的內(nèi)壁固接；所述導(dǎo)磁環(huán)的上端與所述旋轉(zhuǎn)平臺連接；所述電機(jī)的輸出軸與所述永磁體連接；

所述激光測距系統(tǒng)包括激光光源和感光器件，所述激光光源和所述感光器件固定在所述旋轉(zhuǎn)平臺上，所述感光器件用于接受反射來的所述激光光源發(fā)出的激光；

所述供電傳送及數(shù)據(jù)接收裝置固接在所述固定底座上，所述供電接收及無線數(shù)據(jù)傳送裝置與所述旋轉(zhuǎn)平臺連接；所述供電接收及無線數(shù)據(jù)傳送裝置用于接收所述供電傳送及數(shù)據(jù)接收裝置發(fā)出電能，并向其傳輸數(shù)據(jù)；

所述供電接收及無線數(shù)據(jù)傳送裝置分別與所述感光器件、所述角度編碼器和所述激光光源連接；

所述角度編碼器固定在所述旋轉(zhuǎn)平臺上；

所述數(shù)據(jù)處理模塊固定在所述固定底座上，所述數(shù)據(jù)處理模塊與供電傳送及數(shù)據(jù)接收裝置連接。

可選的，所述旋轉(zhuǎn)平臺下方還設(shè)置有支撐臺，所述支撐臺與所述導(dǎo)磁環(huán)固接。

可選的，所述支撐臺上還設(shè)置有上蓋；

所述激光測距系統(tǒng)和所述數(shù)據(jù)處理模塊均位于所述上蓋內(nèi)；

所述上蓋的側(cè)壁上設(shè)置有窗口，所述激光測距系統(tǒng)朝向所述窗口設(shè)置。

可選的，所述支撐臺呈圓形；所述上蓋呈圓柱形；所述上蓋的外徑與所述支撐平臺的外徑相同。

可選的，所述供電接收及無線數(shù)據(jù)傳送裝置固定于所述支撐臺的下方。

可選的，所述供電傳送及數(shù)據(jù)接收裝置包括諧振發(fā)射線圈，所述供電接收及無線數(shù)據(jù)傳送裝置包括共振接收線圈，電能的傳遞通過所述諧振發(fā)射線圈和所述共振接收線圈互感磁耦合共振無線傳輸。

可選的，所述供電傳送及數(shù)據(jù)接收裝置以及所述供電接收及無線數(shù)據(jù)傳送裝置之間的數(shù)據(jù)傳輸采用2.4G無線電通訊。

可選的，所述2.4G無線電通訊采用藍(lán)牙。

可選的，所述感光器件包括成像芯片和成像鏡頭；所述成像鏡頭用于將反射激光匯集在所述成像芯片上；

所述成像芯片為CMOS或CCD。

基于上述目的，本發(fā)明還提供了一種基于上述裝置的光學(xué)掃描測距方法，所述光學(xué)掃描測距方法包括：

步驟1、啟動所述電機(jī)，所述電機(jī)帶動所述永磁體發(fā)生轉(zhuǎn)動，所述永磁體通過所述導(dǎo)磁環(huán)驅(qū)動所述旋轉(zhuǎn)平臺轉(zhuǎn)動；所述角度編碼器監(jiān) 測所述旋轉(zhuǎn)平臺轉(zhuǎn)速，待所述旋轉(zhuǎn)平臺的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，進(jìn)入下一步驟；

步驟2、所述的激光光源將激光束照射到目標(biāo)物體上；

步驟3、目標(biāo)物對所述的激光光源產(chǎn)生的激光束進(jìn)行反射；

步驟4、所述感光器件接收發(fā)射光，將圖像信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺?/p>

步驟5、所述數(shù)據(jù)處理模塊對所述電信號和所述角度編碼器的位置信號進(jìn)行融和，得到目標(biāo)物體的環(huán)境信息。

本發(fā)明提供的所述磁懸浮光學(xué)掃描測距裝置，接通電源后，電機(jī)旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動永磁體旋轉(zhuǎn)，永磁體產(chǎn)生的變化的磁場方向，通過導(dǎo)磁環(huán)帶動旋轉(zhuǎn)平臺轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)平臺上的激光光源發(fā)射激光，到達(dá)目標(biāo)物體上，反射光進(jìn)入感光器件，從而獲得激光器至感光器件的距離。隨著平臺轉(zhuǎn)動，如此同理，該裝置可獲得360°范圍內(nèi)的任意角度距離信息。感光器件的信息和角度編碼器的位置信息通過供電接收及無線數(shù)據(jù)傳送裝置以無線電的方式傳遞給供電傳送及數(shù)據(jù)接收裝置后傳給數(shù)據(jù)處理模塊，所述的數(shù)據(jù)處理模塊對感光器件的電信號和角度編碼器的位置信號進(jìn)行融和，得到目標(biāo)物體的環(huán)境信息，然后傳輸出去即可。數(shù)據(jù)處理模塊可以采用微型處理器。本申請通過提供一個360°連續(xù)旋轉(zhuǎn)的光學(xué)測距系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境非接觸掃描測距。通過激光測距，使得測距結(jié)果更加準(zhǔn)確。通過安裝的角度編碼器，計(jì)量旋轉(zhuǎn)的角度信息，一方面負(fù)反饋穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，一方面輸出了當(dāng)前測量的角度信息，從而獲取了360度內(nèi)所有物體的距離和位置。

本發(fā)明的特點(diǎn)是，在現(xiàn)有的激光測距手段的基礎(chǔ)上，改變了感光器件和激光光源等的用電形式，通過所述供電傳送及數(shù)據(jù)接收裝置以及所述供電接收及無線數(shù)據(jù)傳送裝置，使用磁耦合共振方式無線輸電，無需導(dǎo)線滑環(huán)，減少了旋轉(zhuǎn)件與固定件的摩擦和震動，增加了測距系統(tǒng)的可靠性，延長了裝置使用壽命。

同時，本申請的旋轉(zhuǎn)平臺的旋轉(zhuǎn)是通過磁懸浮帶動的旋轉(zhuǎn)，當(dāng)電 機(jī)旋轉(zhuǎn)時，通過永磁體磁相位的變化，導(dǎo)磁環(huán)處的磁場方向變化，發(fā)生同步旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)過程中，無機(jī)械振動，通過提供一個永磁體、導(dǎo)磁環(huán)、針軸支撐組件，可實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)平臺處于磁懸浮狀態(tài)，拓張了對于高速測距環(huán)境的使用條件。

基于此，本發(fā)明可用于超高速測距條件，尺寸緊湊、無機(jī)械磨損部件、無機(jī)械噪聲、因采用激光測量，較現(xiàn)有的產(chǎn)品具備長壽命，無噪音，高精度、遠(yuǎn)距離的特點(diǎn)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的磁懸浮光學(xué)掃描測距裝置的爆炸示意；

圖2為圖1的后側(cè)視圖；

圖3為圖1所示的磁懸浮光學(xué)掃描測距裝置導(dǎo)磁環(huán)部分的圖。

附圖標(biāo)記：

1-激光光源； 2-永磁體； 3-供電傳送及數(shù)據(jù)接收裝置；

4-上蓋； 5-感光器件； 6-旋轉(zhuǎn)平臺；

7-支撐臺； 8-固定底座； 9-供電接收及無線數(shù)據(jù)傳送裝置；

10-針軸窩； 11-導(dǎo)磁環(huán)； 12-針軸。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

實(shí)施例一

如圖1-3所示，在本實(shí)施例中提供了一種磁懸浮光學(xué)掃描測距裝置，所述磁懸浮光學(xué)掃描測距裝置包括固定底座8、角度編碼器、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、激光測距系統(tǒng)、供電傳送及數(shù)據(jù)接收裝置3、供電接收及無線數(shù)據(jù)傳送裝置9和數(shù)據(jù)處理模塊；

所述旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括一個旋轉(zhuǎn)平臺6、電機(jī)、導(dǎo)磁環(huán)11和環(huán)形的永磁體2；所述永磁體2與所述固定底座8轉(zhuǎn)動連接；所述永磁體2的中心設(shè)置有針軸窩10；所述針軸12一端插裝在所述針軸窩10中，所述針軸12另一端與所述導(dǎo)磁環(huán)11的內(nèi)壁固接；所述導(dǎo)磁環(huán)11的 上端與所述旋轉(zhuǎn)平臺6連接；所述電機(jī)的輸出軸與所述永磁體2連接；

所述激光測距系統(tǒng)包括激光光源1和感光器件5，所述激光光源1和所述感光器件5固定在所述旋轉(zhuǎn)平臺6上，所述感光器件5用于接受反射來的所述激光光源1發(fā)出的激光；

所述供電傳送及數(shù)據(jù)接收裝置3固接在所述固定底座8上，所述供電接收及無線數(shù)據(jù)傳送裝置9與所述旋轉(zhuǎn)平臺6連接；所述供電接收及無線數(shù)據(jù)傳送裝置9用于接收所述供電傳送及數(shù)據(jù)接收裝置3發(fā)出的數(shù)據(jù)和電能；

所述供電接收及無線數(shù)據(jù)傳送裝置9分別與所述感光器件、所述角度編碼器和所述激光光源連接；所述角度編碼器固定在所述旋轉(zhuǎn)平臺6上；

所述數(shù)據(jù)處理模塊固定在所述固定底座8上，所述數(shù)據(jù)處理模塊與供電傳送及數(shù)據(jù)接收裝置連接。

本發(fā)明提供的所述磁懸浮光學(xué)掃描測距裝置，接通電源后，電機(jī)旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動永磁體2旋轉(zhuǎn)，永磁體2產(chǎn)生的變化的磁場方向，通過導(dǎo)磁環(huán)11帶動旋轉(zhuǎn)平臺6轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)平臺6上的激光光源1發(fā)射激光，到達(dá)目標(biāo)物體上，反射光進(jìn)入感光器件5，從而獲得激光器至感光器件5的距離。隨著平臺轉(zhuǎn)動，如此同理，該裝置可獲得360°范圍內(nèi)的任意角度距離信息。所述的數(shù)據(jù)處理模塊對感光器件5的電信號和角度編碼器的位置信號進(jìn)行融和，得到目標(biāo)物體的環(huán)境信息。本申請通過提供一個360°連續(xù)旋轉(zhuǎn)的光學(xué)測距系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境非接觸掃描測距。通過激光測距，使得測距結(jié)果更加準(zhǔn)確。通過安裝的角度編碼器，計(jì)量旋轉(zhuǎn)的角度信息，一方面負(fù)反饋穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，一方面輸出了當(dāng)前測量的角度信息，從而獲取了360度內(nèi)所有物體的距離和位置。

本發(fā)明的特點(diǎn)是，在現(xiàn)有的激光測距手段的基礎(chǔ)上，改變了感光器件和激光光源等的用電形式，通過所述供電傳送及數(shù)據(jù)接收裝置以 及所述供電接收及無線數(shù)據(jù)傳送裝置，使用磁耦合共振方式無線輸電，無需導(dǎo)線滑環(huán)，減少了旋轉(zhuǎn)件與固定件的摩擦和震動，增加了測距系統(tǒng)的可靠性，延長了裝置使用壽命。

同時，本申請的旋轉(zhuǎn)平臺6的旋轉(zhuǎn)是通過磁懸浮帶動的旋轉(zhuǎn)，當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時，通過永磁體2磁相位的變化，導(dǎo)磁環(huán)11處的磁場方向變化，發(fā)生同步旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)過程中，無機(jī)械振動，通過提供一個永磁體2、導(dǎo)磁環(huán)11、針軸12支撐組件，可實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)平臺6處于磁懸浮狀態(tài)，拓張了對于高速測距環(huán)境的使用條件。

基于此，本發(fā)明可用于超高速測距條件，尺寸緊湊、無機(jī)械磨損部件、無機(jī)械噪聲、因采用激光測量，較現(xiàn)有的產(chǎn)品具備長壽命，無噪音，高精度、遠(yuǎn)距離的特點(diǎn)。

如圖1-3，本實(shí)施例的可選方案中，所述旋轉(zhuǎn)平臺6下方還設(shè)置有支撐臺7，所述支撐臺7與所述導(dǎo)磁環(huán)11固接。

通過支撐平臺，使所述旋轉(zhuǎn)平臺6更加的穩(wěn)固，支撐臺7面積較大，便于安裝上蓋4等其余裝置。

進(jìn)一步的，所述支撐臺7上還設(shè)置有上蓋4；

所述激光測距系統(tǒng)和所述數(shù)據(jù)處理模塊均位于所述上蓋4內(nèi)；

所述上蓋4的側(cè)壁上設(shè)置有窗口，所述激光測距系統(tǒng)朝向所述窗口設(shè)置。

設(shè)置上蓋4是為了保護(hù)激光光源1等設(shè)備，同時，設(shè)置窗口，是為了方便激光射出和接受，激光不受阻擋。

進(jìn)一步的，所述支撐臺7呈圓形；所述上蓋4呈圓柱形；所述上蓋4的外徑與所述支撐平臺的外徑相同。

圓形的支撐臺7好加工，旋轉(zhuǎn)時重心穩(wěn)定，不會晃動。做成外徑相同的形式，也便于加工和安裝，整體更為美觀。優(yōu)選的，所述固定 底座8也設(shè)置為圓柱形，外徑與所述支撐臺7相同，電機(jī)等部件位于固定底座8內(nèi)，這樣整個裝置呈一個圓柱形，美觀大方。

進(jìn)一步的，所述供電接收及無線數(shù)據(jù)傳送裝置9固定于所述支撐臺7的下方。

這樣設(shè)置，距離無線數(shù)據(jù)及供電發(fā)送裝置更進(jìn)，中間沒有阻擋，信號更好，電能傳遞效率更高。

本實(shí)施例的可選方案中，所述供電傳送及數(shù)據(jù)接收裝置3包括諧振發(fā)射線圈，所述供電接收及無線數(shù)據(jù)傳送裝置9包括共振接收線圈，電能的傳遞通過所述諧振發(fā)射線圈和所述共振接收線圈互感磁耦合共振無線傳輸。

現(xiàn)有的供電傳送及數(shù)據(jù)接收裝置3，一般由電源管理模塊、振蕩器、功率放大器、諧振發(fā)射線圈等組成，供電接收及無線數(shù)據(jù)傳送裝置9則由共振接收線圈、控制電路、電流調(diào)理電路等組成。電能的傳遞通過互感磁耦合共振無線傳輸。無線供電，是一種方便安全的新技術(shù)，無需任何物理上的連接，電能可以近距離無接觸地傳輸給負(fù)載。實(shí)際上近距離的無線供電技術(shù)早在一百多年前就已經(jīng)出現(xiàn)，現(xiàn)在通過電磁感應(yīng)來進(jìn)行無線供電是非常成熟的技術(shù)。

進(jìn)一步的，所述供電傳送及數(shù)據(jù)接收裝置3以及所述供電接收及無線數(shù)據(jù)傳送裝置9之間的數(shù)據(jù)傳輸采用2.4G無線電通訊。優(yōu)選的，所述2.4G無線電通訊采用藍(lán)牙。當(dāng)然也可以采用，WIFI，ZigBee，RF射頻，低頻短波等無線技術(shù)。

本實(shí)施例的可選方案中，所述感光器件5包括成像芯片和成像鏡頭；所述成像鏡頭用于將反射激光匯集在所述成像芯片上；

所述成像芯片為CMOS或CCD。

所述的成像芯片與所述的成像鏡頭成大于90°且小于180°的夾角；所述的成像鏡頭中心光軸與所述激光光源1的垂線成一個大于0°小于90°的夾角。這樣設(shè)置是為了方便安裝，這對不同的裝置型號等，可以設(shè)置不同角度。感光器件5和激光光源1采用現(xiàn)有產(chǎn)品即可，技術(shù)已經(jīng)完全成熟。本申請通過所述激光光源1將激光束照射到目標(biāo)物體上；目標(biāo)物對所述的激光光源1產(chǎn)生的激光束進(jìn)行反射；反射光通過成像透鏡，匯聚于成像芯片上，芯片將圖像信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?；所述?shù)據(jù)處理模塊對所述的電信號和角度編碼器的位置信號進(jìn)行融和，得到目標(biāo)物體的環(huán)境信息。

實(shí)施例二

本實(shí)施例提供的一種光學(xué)掃描測距方法是在實(shí)施例一提供所述磁懸浮光學(xué)掃描測距裝置上實(shí)現(xiàn)的。

具體而言，所述光學(xué)掃描測距方法包括：

步驟1、啟動所述電機(jī)，所述電機(jī)帶動所述永磁體2發(fā)生轉(zhuǎn)動，所述永磁體2通過所述導(dǎo)磁環(huán)11驅(qū)動所述旋轉(zhuǎn)平臺6轉(zhuǎn)動；所述角度編碼器監(jiān)測所述旋轉(zhuǎn)平臺6轉(zhuǎn)速，待所述旋轉(zhuǎn)平臺6的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，進(jìn)入下一步驟；

步驟2、所述的激光光源1將激光束照射到目標(biāo)物體上；

步驟3、目標(biāo)物對所述的激光光源1產(chǎn)生的激光束進(jìn)行反射；

步驟4、所述感光器件5接收發(fā)射光，將圖像信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺黄渲?，反射光通過成像透鏡，匯聚于成像芯片上，芯片將圖像信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴?/p>

步驟5、所述數(shù)據(jù)處理模塊對所述電信號和所述角度編碼器的位置信號進(jìn)行融和，得到目標(biāo)物體的環(huán)境信息，最終得到了測距距離以及360度內(nèi)整個環(huán)境信息，即各個物體的距離和相對的所在位置。

最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案， 而非對其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。