非接觸供電的低成本360度激光測距雷達(dá)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于測距技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種非接觸供電的低成本360度激光測距雷 達(dá)。
【背景技術(shù)】
[0002] 移動機(jī)器人在移動過程中需要對障礙物進(jìn)行感知以確定自身的位置來達(dá)到成功 避障等，考慮到精確性，在實際使用中需要安裝多個測距裝置來達(dá)到更好的效果。傳統(tǒng)測距 裝置的供電系統(tǒng)采用電線滑環(huán)來連接供電，因此產(chǎn)品的電路壽命取決于滑環(huán)的壽命；而且 設(shè)備在使用中連續(xù)360度旋轉(zhuǎn)使得滑環(huán)快速消耗磨損，使用壽命有限、用戶使用成本很大。 在設(shè)計本發(fā)明的連續(xù)360度旋轉(zhuǎn)的測距模塊時，本發(fā)明采用線陣CCD，利用了線陣CCD可以 實時傳輸光電變換信號和自掃描速度快、頻率相應(yīng)高，能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)測量，并且能夠在低照 度下工作的特性，設(shè)計出了每秒鐘可以測距1000次以上的測距設(shè)備。隨著消費者對產(chǎn)品的 要求越來越高，迫切需要開發(fā)出功能更強(qiáng)、體積更小、外觀更美、使用壽命更長的產(chǎn)品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于針對上述技術(shù)存在的缺陷，提供了一種非接觸供電的低成本 360度激光測距雷達(dá)及測距方法，相對于傳統(tǒng)的測距雷達(dá)而言，該測距雷達(dá)的供電模塊采用 供電線圈和受電線圈組成的非接觸供電系統(tǒng)來提供電力，而測距結(jié)果、轉(zhuǎn)動角度、轉(zhuǎn)動速度 等測量數(shù)據(jù)通過無線模塊傳輸出去，也無需數(shù)據(jù)線連接，從而實現(xiàn)了測距模塊和底盤任何 連接線相連接，同時可以保證測距模塊進(jìn)行高速連續(xù)360度精確測距；本發(fā)明簡化了電路 設(shè)計，更重要的是極大提高了整個測距裝置的使用壽命，減低了用戶使用成本；另一方面， 簡化了測距雷達(dá)整體構(gòu)造，體積更小巧、美觀。
[0004] 在設(shè)計本發(fā)明的連續(xù)360度旋轉(zhuǎn)的測距模塊時，本發(fā)明采用線陣CCD，利用了線陣 CCD可以實時傳輸光電變換信號和自掃描速度快、頻率相應(yīng)高，能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)測量，并且能 夠在低照度下工作的特性，設(shè)計出了每秒鐘可以測距1〇〇〇次以上的測距設(shè)備。
[0005] 本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的，一種非接觸供電的低成本360度激光測距雷 達(dá)，其特征在于，該測距雷達(dá)包括非接觸供電模塊及測距模塊；所述的非接觸供電模塊包括 底盤、供電線圈、供電電源及電機(jī)；供電電源向各系統(tǒng)提供電源；所述測距模塊包括受電單 元、測距單元、無線傳輸數(shù)據(jù)單元、角度及轉(zhuǎn)速測量單元；所述受電單元包括受電線圈、降壓 及穩(wěn)壓電路；所述供電線圈、供電電源及電機(jī)設(shè)置在所述底盤上；所述電機(jī)通過減速機(jī)構(gòu) 與測距模塊連接；所述測距模塊設(shè)置在一軸承上并通過軸承與所述底盤連接；所述受電線 圈與所述供電線圈相向設(shè)置；工作時，供電電源供電給供電線圈和電機(jī)，供電線圈利用電磁 感應(yīng)提供電力給測距模塊，測距模塊的受電單元獲得供電并穩(wěn)壓后，為測距模塊的其他單 元供電，電機(jī)通過減速機(jī)構(gòu)帶動測距模塊連續(xù)旋轉(zhuǎn)，測距單元在360度連續(xù)旋轉(zhuǎn)的每個時 間點，主動發(fā)射點激光并進(jìn)行拍攝，對拍攝到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列運算處理后可以實現(xiàn) 精確測距；測角度及速度的單元負(fù)責(zé)測量當(dāng)前轉(zhuǎn)動角度及轉(zhuǎn)動速度；實時的測距結(jié)果與當(dāng) 前轉(zhuǎn)動角度及當(dāng)前轉(zhuǎn)動速度組合成為一組數(shù)據(jù)，最后通過無線傳輸數(shù)據(jù)單元傳輸出去。
[0006] 所述的測距單元包括激光發(fā)射器、成像透鏡組、線陣(XD圖像傳感器及DSP處理單 元；其中，成像透鏡組進(jìn)一步包括一濾光片，用以濾掉特定波長的光。
[0007] 所述的DSP處理單元包括FIFO模塊、連接導(dǎo)線、DSP電路。
[0008] 所述的用于測轉(zhuǎn)動角度和轉(zhuǎn)動速度的角度及轉(zhuǎn)速測量單元可以基于光柵測量，也 可以基于磁環(huán)測量。
[0009] 所述的減速機(jī)構(gòu)包括但不限于皮帶傳動機(jī)構(gòu)、齒輪組傳動機(jī)構(gòu)。
[0010] 所述的無線傳輸數(shù)據(jù)模塊采用的傳輸協(xié)議可以為Bluetooth、WiFi、NFC、Zigbee、 2. 4G射頻或433M射頻，也可以為其他無線傳輸協(xié)議。
[0011] 所述的受電線圈設(shè)置在測距模塊的中軸所在區(qū)域上，便于始終保持與供電線圈相 向設(shè)置。
[0012] 上述激光測距雷達(dá)對圖像數(shù)據(jù)運算處理方法如下：
[0013] 1)調(diào)整激光發(fā)射器的發(fā)射方向與線陣CCD圖像傳感器所在平面成某一角度，激光 束照射到待測目標(biāo)物體表面，發(fā)生漫反射，反射的光斑與當(dāng)前視場角內(nèi)的物體經(jīng)成像透鏡 組共同成像于線陣CCD圖像傳感器上，激光光斑成像為一段高亮度線段，其他背景成像為 比較低亮度的數(shù)據(jù)，線陣CCD圖像傳感器記錄對應(yīng)方向的一行數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，該行圖像記 錄了當(dāng)前時間鏡頭視場角內(nèi)的數(shù)字化了的一行圖像數(shù)據(jù)，將這一行圖像數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處 理模塊，實現(xiàn)光信號轉(zhuǎn)換為電信號；
[0014] 2)數(shù)據(jù)處理模塊對步驟1)中所述的一行圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，首先進(jìn)行數(shù)據(jù)平滑 消除噪點，而后設(shè)定門限進(jìn)行二值化；再將所有二值化后判定為高亮度線段的坐標(biāo)點的坐 標(biāo)加起來進(jìn)行平均，最后可以得到一個（Y)的坐標(biāo)值，這個坐標(biāo)值就是質(zhì)心點所在位置，質(zhì) 心坐標(biāo)γ對應(yīng)從成像照片最下方開始數(shù)第 n個點；
[0015] 3)已知激光發(fā)射器到線陣(XD鏡頭組的距離ρ和鏡頭組的視場角2 α，帶入公式 計算出待測距離山
其中，η為上述圖像中的高亮度線段質(zhì)心坐標(biāo)Υ對應(yīng)的 點數(shù)，y為線陣C⑶成像的總的Υ軸點數(shù)；
[0016] 4)同時，角度及轉(zhuǎn)速測量單元記錄下當(dāng)前轉(zhuǎn)動角度及轉(zhuǎn)動速度，實時的測距結(jié)果 與當(dāng)前轉(zhuǎn)動角度及當(dāng)前轉(zhuǎn)動速度組合成為一組數(shù)據(jù)，通過無線傳輸數(shù)據(jù)單元傳輸出去。
[0017] 所述的步驟2)中一行圖像數(shù)據(jù)處理過程進(jìn)一步包括光斑對應(yīng)的線段圖像的自校 準(zhǔn)過程：假設(shè)激光在目標(biāo)物體上形成的光斑比較固定，那么在線陣CCD上成像時，在不同的 距離成像的光斑對應(yīng)的線段圖像的長短也不同，記錄下在不同距離的光斑對應(yīng)的線段長短 特性和距離的關(guān)系作為自校準(zhǔn)指標(biāo)，排除掉錯誤測距。
[0018] 該方法進(jìn)一步包括無法拍攝到完整光斑某一點距離以內(nèi)的物體測距方法：對其在 線陣CCD范圍內(nèi)的不完整光斑對應(yīng)的線段求取質(zhì)心，同時，根據(jù)實測記錄該不完整質(zhì)心對 應(yīng)的真實距離，從而獲取超出理論值的測距范圍。
[0019] 本發(fā)明具有如下有益效果：
[0020] 1)測距模塊采用非接觸式供電，而測距結(jié)果、轉(zhuǎn)動角度、轉(zhuǎn)動速度等測量數(shù)據(jù)通過 無線模塊傳輸出去，也無需數(shù)據(jù)線連接，實現(xiàn)了測距模塊和底盤無任何連接線連接，同時可 以保證測距模塊進(jìn)行高速連續(xù)360度精確測距，本發(fā)明簡化了電路設(shè)計，更重要的是極大 的提高了整個測距裝置的使用壽命，降低了用戶使用成本。
[0021] 2)本發(fā)明的連續(xù)360度旋轉(zhuǎn)的測距模塊時，采用線陣(XD，利用了線陣(XD可以實 時傳輸光電變換信號和自掃描速度快、頻率相應(yīng)高，能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)測量，并且能夠在低照度 下工作的特性，設(shè)計出了每秒鐘可以測距1〇〇〇次以上的測距設(shè)備。
[0022] 3)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，體積小巧，在通信、航空、智能家居，尤其是機(jī)器人測距領(lǐng)域有 很高的應(yīng)用價值。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明所述的非接觸供電的低成本360度激光測距雷達(dá)的結(jié)構(gòu)示意圖
[0024] 圖2為本發(fā)明所述的非接觸模塊結(jié)構(gòu)示意圖
[0025] 圖3為本發(fā)明所述的測距模塊結(jié)構(gòu)示意圖
[0026] 圖4為本發(fā)明所述的DSP處理單元示意圖
[0027] 圖5為本發(fā)明所述的激光測距方法原理圖
[0028] 圖6為二值化處理后的激光光斑對應(yīng)的線段圖像效果圖
[0029] 圖7為近距離拍照的不完整光斑對應(yīng)的線段圖像示意圖
[0030] 圖中符號表示：1 :非接觸供電模塊；2 :測距模塊；3 :減速機(jī)構(gòu)；4 :軸承
[0031] 11 :底盤；12 :供電線圈；13 :供電電源；14 :電機(jī)
[0032] 21 :受電單元；22 :測距單元；23 :無線傳輸數(shù)據(jù)單元；24 :角度及轉(zhuǎn)速測量單元； 211 :受電線圈；212 :降壓及穩(wěn)壓電路
[0033] 221 :激光發(fā)射器；222 :成像透鏡組223 :線陣CCD圖像傳感器；224 :DSP處理單 元；
[0034] 2241 :FIF0 模塊；2242 :DSP 電路；2243 :連接導(dǎo)線
[0035] a-近距離光斑對應(yīng)的線段圖像；b-遠(yuǎn)距離光斑對應(yīng)的線段圖像；c-中距離光斑對 應(yīng)的線段圖像
【具體實施方式】
[0036] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0037] 結(jié)合附圖1、圖2及圖3, 一種非接觸供電的低成本360度激光測距雷達(dá)，該測距雷 達(dá)包括非接觸供電模塊1及測距模塊2 ;所述的非接觸供電模塊1包括底盤11、供電線圈 12、供電電源13及電機(jī)14 ;供電電源13向各系統(tǒng)提供電源；所