本發(fā)明涉及激光掃描測距技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于環(huán)形外轉(zhuǎn)子電機(jī)的掃描激光主動(dòng)探測裝置及其實(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)極易受到光照因素的影響，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環(huán)形外轉(zhuǎn)子電機(jī)的掃描激光主動(dòng)探測裝置及其實(shí)現(xiàn)方法，不必使用電滑環(huán)就可以實(shí)現(xiàn)360°掃描，具有使用壽命長，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉的優(yōu)勢。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

基于環(huán)形外轉(zhuǎn)子電機(jī)的掃描激光主動(dòng)探測裝置，包括電機(jī)轉(zhuǎn)子1，電機(jī)的定子2，軸承12，與電機(jī)轉(zhuǎn)子1連接的測角傳感器13；還包括激光驅(qū)動(dòng)電路4，與激光驅(qū)動(dòng)電路4連接的激光器5，固定于激光器5發(fā)射端的第一反射裝置6，激光器5發(fā)出的脈沖激光束剛好穿過第一反射裝置6中心點(diǎn)處的通孔7，固定于通孔7發(fā)射光路上的且與電機(jī)轉(zhuǎn)子1固連的第二反射裝置3；固定于第一反射裝置6反射光路上的匯聚鏡頭8，固定于匯聚鏡頭8匯聚光路上的激光探測器9；與激光探測器9相連的激光測距裝置10；還包括與所述激光驅(qū)動(dòng)電路4、激光測距裝置10和測角傳感器13連接的系統(tǒng)處理器單元11；還包括與電機(jī)轉(zhuǎn)子1固連的永磁體15，纏繞在電機(jī)定子上的線圈16；所述電機(jī)定子2、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12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12的外環(huán)固連。

所述第一反射裝置6與水平方向成135度夾角；所述第二反射裝置3與水平方向成45度夾角。

所述的基于環(huán)形外轉(zhuǎn)子電機(jī)的掃描激光主動(dòng)探測裝置，其特征在于：所述的第一反射裝置6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。

上述所述基于環(huán)形外轉(zhuǎn)子電機(jī)的掃描激光主動(dòng)探測裝置實(shí)現(xiàn)掃描探測的方法，包括如下步驟：

步驟一，系統(tǒng)處理器單元11通過激光驅(qū)動(dòng)電路4驅(qū)動(dòng)激光器5發(fā)射激光豎直穿過第一反射裝置6中心點(diǎn)處的通孔7后，則激光豎直穿過電機(jī)轉(zhuǎn)子1和電機(jī)定子2后照射到第二反射裝置3上；

步驟二，電機(jī)轉(zhuǎn)子1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)固定于其上的第二反射裝置3同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將入射到第二反射裝置3的豎直方向激光變?yōu)?60°發(fā)射的水平激光，對該水平面進(jìn)行探測掃描；

步驟三，目標(biāo)反射的激光被第二反射裝置3反射成豎直方向的激光，穿過電機(jī)轉(zhuǎn)子1和電機(jī)定子2射到第一反射裝置6并反射，反射光經(jīng)匯聚鏡頭8匯聚后，激光探測器9接收匯聚后的激光，以便激光測距裝置10進(jìn)行后續(xù)處理；

步驟四，當(dāng)激光探測器9接收到返回來的激光后，激光測距裝置10通過測量發(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11通過測角傳感器13得到電機(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)角信息θ，并再讀取激光測距裝置10計(jì)算的目標(biāo)的距離s，實(shí)現(xiàn)對周圍360°目標(biāo)的掃描探測。

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

1.本發(fā)明的掃描裝置區(qū)別于傳統(tǒng)的一維激光掃描裝置，將掃描電機(jī)的轉(zhuǎn)子、定子設(shè)計(jì)成空心圓柱狀，激光可以從轉(zhuǎn)子和定子的中心穿過，該設(shè)計(jì)不必使用電滑環(huán)就可以實(shí)現(xiàn)360°掃描，具有使用壽命長，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉的優(yōu)勢。

2.本發(fā)明所設(shè)計(jì)掃描裝置的徑向尺寸較小，適用于徑向尺寸空間狹小的場合。

3.本發(fā)明的激光接收效率高，與傳統(tǒng)的測距方案相比能夠?qū)崿F(xiàn)更遠(yuǎn)的探測距離。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于環(huán)形外轉(zhuǎn)子電機(jī)的掃描激光主動(dòng)探測裝置結(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)明基于環(huán)形外轉(zhuǎn)子電機(jī)的掃描激光主動(dòng)探測裝置，包括電機(jī)轉(zhuǎn)子1，電機(jī)的定子2，軸承12，與電機(jī)轉(zhuǎn)子1連接的測角傳感器13；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)射端的第一反射裝置6，激光器5發(fā)出的激光剛好穿過第一反射裝置6中心點(diǎn)處的通孔7，固定于通孔7激光發(fā)射光路上的且與電機(jī)轉(zhuǎn)子1固連的第二反射裝置3；固定于第一反射裝置6激光接收光路上的匯聚鏡頭8，固定于匯聚鏡頭8匯聚光路上的激光探測器9；與激光探測器9相連的激光測距裝置10；還包括與所述激光驅(qū)動(dòng)電路4、激光測距裝置10和測角傳感器13連接的系統(tǒng)處理器單元11。

如圖3和圖4所示，所述電機(jī)定子2，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12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12的外環(huán)固連。

如圖2所示，本發(fā)明裝置中電機(jī)轉(zhuǎn)子與第二反射裝置3固連的示意圖，電機(jī)轉(zhuǎn)子1是環(huán)形外轉(zhuǎn)子電機(jī)的轉(zhuǎn)子，將第二反射裝置3與轉(zhuǎn)子固連在一起與電機(jī)轉(zhuǎn)子1同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)電機(jī)定子2與電機(jī)轉(zhuǎn)子1為空心圓柱狀，激光可以穿過電子轉(zhuǎn)子1和電機(jī)定子2。

本發(fā)明電機(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同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。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，激光豎直穿過第一反射裝置6中心點(diǎn)處的通孔7后，定子與軸承2為空心圓柱狀，則激光豎直穿過定子與軸承2后照射到第二反射裝置3并被反射成360°發(fā)射的水平激光，對該水平面進(jìn)行探測掃描。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反射豎直穿過軸承2照射到第一反射裝置6并被反射，在第一反射裝置6的反射光路上激光穿過匯聚鏡頭8，達(dá)到匯聚激光的作用。激光探測器9接收匯聚后的激光，以便激光測距裝置10處理。當(dāng)激光探測器9接收到返回來的激光后，激光測距裝置10通過測量發(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，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通過測角傳感器13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θ，獲得該轉(zhuǎn)角位置，同時(shí)再讀取激光測距裝置10計(jì)算的目標(biāo)的距離s，則實(shí)現(xiàn)了對周圍360°目標(biāo)的掃描探測。