本發(fā)明涉及激光測(cè)量技術(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(jiǎn)單的測(cè)距系統(tǒng)，成本相對(duì)較低，運(yùn)用方便，但是由于作用距離較近，測(cè)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(cè)，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(cè)效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于環(huán)形外轉(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：

一種基于環(huán)形外轉(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)的定子與軸承2，與電機(jī)轉(zhuǎn)子1連接的測(cè)角傳感器6；與測(cè)角傳感器6連接的中央計(jì)算機(jī)7，與中央計(jì)算機(jī)7連接的激光器4，固定于激光器4發(fā)射光路上的發(fā)射透鏡8，固定于激光器4發(fā)射光路且與外轉(zhuǎn)子電機(jī)1的轉(zhuǎn)子固連的反射裝置3，固定于反射裝置3反射光路上的匯聚鏡頭9，固定于匯聚鏡頭9匯聚光路上的激光探測(cè)器10，與激光探測(cè)器10連接的激光測(cè)距模塊5；激光測(cè)距模塊5與中央計(jì)算機(jī)7相連接；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2上的線圈(16)；所述電機(jī)轉(zhuǎn)子1與電機(jī)定子2是空心圓柱狀，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(cè)器10接收光路的光軸相互平行。

所述基于環(huán)形外轉(zhuǎn)子電機(jī)的線掃描激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)360°掃描測(cè)距的方法，包括如下步驟：

步驟一，中央計(jì)算機(jī)7輸出控制激光器4的信號(hào)控制激光器4發(fā)出脈沖激光，脈沖激光穿過電機(jī)轉(zhuǎn)子1和電機(jī)定子2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，脈沖激光照射到目標(biāo)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)，從而將照射到第二反射裝置3的豎直方向激光變?yōu)樗椒较虻募す?，并?shí)現(xiàn)360°掃描，中央計(jì)算機(jī)7通過測(cè)角傳感器6測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)子1在發(fā)射激光照射到反射裝置(3)時(shí)刻轉(zhuǎn)過的角度；

步驟三，水平方向的激光經(jīng)目標(biāo)反射后再次經(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與電機(jī)定子2的中心，經(jīng)匯聚鏡頭9匯聚作用后，被激光探測(cè)器10接收，以便激光測(cè)距模塊5進(jìn)行后續(xù)處理；

步驟四，當(dāng)激光探測(cè)器10接收到返回來的激光后，激光測(cè)距模塊5通過測(cè)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，中央計(jì)算機(jī)7再讀取激光測(cè)距模塊5計(jì)算的目標(biāo)的距離，實(shí)現(xiàn)對(duì)360°目標(biāo)的掃描探測(cè)。

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(zhǎng)，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì)。

2.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(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，成本低廉的優(yōu)勢(shì)。

3.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。

4.本發(fā)明激光雷達(dá)的結(jié)構(gòu)有利于減小環(huán)形電機(jī)的徑向尺寸，適合在徑向空間較狹小的環(huán)境下使用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于環(huán)形外轉(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)轉(zhuǎn)子與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)俯視剖面圖。

圖4為本發(fā)明裝置中環(huán)形外轉(zhuǎn)子電機(jī)主視剖面圖。

具體實(shí)施方式

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

如圖1所示，本發(fā)明一種基于環(huán)形外轉(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)的定子與軸承2，與電機(jī)轉(zhuǎn)子1連接的測(cè)角傳感器6；與測(cè)角傳感器6連接的中央計(jì)算機(jī)7，與中央計(jì)算機(jī)7連接的激光器4，固定于激光器4發(fā)射光路上的發(fā)射透鏡8，固定于激光器4發(fā)射光路且與外轉(zhuǎn)子電機(jī)1的轉(zhuǎn)子固連的反射裝置3，固定于反射裝置3反射光路上的匯聚鏡頭9，固定于匯聚鏡頭9匯聚光路上的激光探測(cè)器10，與激光探測(cè)器10連接的激光測(cè)距模塊5；激光測(cè)距模塊5與中央計(jì)算機(jī)7相連接。

如圖3和圖4所示，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，所述反射裝置3固定于電機(jī)的轉(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。

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(cè)器10接收光路的光軸相互平行。

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

中央計(jì)算機(jī)7輸出控制激光器4的信號(hào)控制激光器4發(fā)出脈沖激光，脈沖激光穿過電機(jī)轉(zhuǎn)子1和電機(jī)定子2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，脈沖激光照射到目標(biāo)上；

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)，從而將照射到第二反射裝置3的豎直方向激光變?yōu)樗椒较虻募す?，并?shí)現(xiàn)360°掃描，中央計(jì)算機(jī)7通過測(cè)角傳感器6測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)子1在發(fā)射激光照射到反射裝置(3)時(shí)刻轉(zhuǎn)過的角度；

水平方向的激光經(jīng)目標(biāo)反射后再次經(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與電機(jī)定子2的中心，經(jīng)匯聚鏡頭9匯聚作用后，被激光探測(cè)器10接收，以便激光測(cè)距模塊5進(jìn)行后續(xù)處理；

當(dāng)激光探測(cè)器10接收到返回來的激光后，激光測(cè)距模塊5通過測(cè)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，中央計(jì)算機(jī)7再讀取激光測(cè)距模塊5計(jì)算的目標(biāo)的距離，實(shí)現(xiàn)對(duì)360°目標(biāo)的掃描探測(cè)。