一種2d激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)及其裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種2D激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)及其裝置，包括激光測(cè)距設(shè)備，主控電路板，用于帶動(dòng)光學(xué)轉(zhuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置，歸零開(kāi)關(guān)，用于將主控電路板與數(shù)據(jù)處理設(shè)備之間通信的通信端口；用于處理數(shù)據(jù)信息和顯示的數(shù)據(jù)處理設(shè)備，激光測(cè)距設(shè)備測(cè)得當(dāng)前方向的距離信息，然后將距離信息傳遞給與之相連的主控電路板，主控電路板同時(shí)與歸零開(kāi)關(guān)和傳動(dòng)裝置相連，歸零開(kāi)關(guān)傳遞給主控電路板掃描的起始角度，主控電路板發(fā)送控制脈沖控制傳動(dòng)裝置的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，并獲取當(dāng)前的角度信息，主控電路板將實(shí)時(shí)的距離和角度信息記錄，通過(guò)通訊端口將信息傳遞給數(shù)據(jù)處理設(shè)備，數(shù)據(jù)處理設(shè)備處理并顯示當(dāng)前的掃描結(jié)果。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種2D激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)及其裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種激光雷達(dá)掃描領(lǐng)域，具體涉及一種2D激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)及其裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]激光雷達(dá)廣泛應(yīng)用于掃描監(jiān)測(cè)目標(biāo)障礙物尺寸及與其它物體之間的距離、以及目標(biāo)障礙物的運(yùn)行速度，例如鐵路鐵軌上障礙物尺寸，以及鐵軌與障礙物之間的距離及相對(duì)速度。
[0003]以目前市場(chǎng)上主流的掃描激光雷達(dá)為例，簡(jiǎn)要的介紹激光雷達(dá)的工作原理。掃描激光雷達(dá)包括一個(gè)激光發(fā)射器、一個(gè)激光接收器和一個(gè)云臺(tái)。激光發(fā)射器發(fā)射一束激光脈沖，經(jīng)過(guò)目標(biāo)物體反射后，被激光接收器接收。激光接收器準(zhǔn)確的測(cè)量光脈沖從激光發(fā)射到激光接收之間的時(shí)間。而光速是已知的，測(cè)量出來(lái)的激光傳播時(shí)間可以轉(zhuǎn)化為對(duì)激光傳播的距離。而云臺(tái)不停的旋轉(zhuǎn)，可以實(shí)現(xiàn)不同方向上的距離測(cè)量，得到激光掃描截面上的距離和角度信息。隨著人們對(duì)安全性要求的提高，要求有更高的掃描精確度和更快的掃描速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的即在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種2D激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)及其裝置，解決現(xiàn)有激光雷達(dá)掃描裝置不能滿足高速掃描和高分辨率監(jiān)測(cè)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)快速的距離測(cè)量的問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種2D激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)，包括用于快速精確測(cè)距的激光測(cè)距設(shè)備，用于處理距離信息和光學(xué)轉(zhuǎn)鏡的角度信息的主控電路板，用于帶動(dòng)光學(xué)轉(zhuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置，用于初始化掃描角度的歸零開(kāi)關(guān)，用于將主控電路板與數(shù)據(jù)處理設(shè)備之間通信的通信端口；用于處理數(shù)據(jù)信息和顯示的數(shù)據(jù)處理設(shè)備，所述激光測(cè)距設(shè)備測(cè)得當(dāng)前方向的距離信息，然后將距離信息傳遞給與之相連的主控電路板，所述主控電路板同時(shí)與歸零開(kāi)關(guān)和傳動(dòng)裝置相連，歸零開(kāi)關(guān)傳遞給主控電路板掃描的起始角度，主控電路板發(fā)送控制脈沖控制傳動(dòng)裝置勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，并獲取當(dāng)前的角度信息，主控電路板將實(shí)時(shí)的距離和角度信息記錄，通過(guò)通訊端口將信息傳遞給數(shù)據(jù)處理設(shè)備，數(shù)據(jù)處理設(shè)備處理并顯示當(dāng)前的掃描結(jié)果。
[0006]進(jìn)一步的，所述激光測(cè)距設(shè)備包括:用于激光光束發(fā)射的激光發(fā)射模塊、用于接收激光回波光束的激光接收模塊、用于處理激光回波光束的激光電路模塊;所述激光發(fā)射模塊和激光接收模塊被封裝成一體化的模塊，激光發(fā)射光束和激光回波經(jīng)同一光窗發(fā)射和接收;所述激光電路模塊與激光發(fā)射模塊和激光接收模塊相連接。
[0007]進(jìn)一步的，所述傳動(dòng)裝置還包括光學(xué)轉(zhuǎn)鏡，上述光學(xué)轉(zhuǎn)鏡用于激光的發(fā)射和接收，所述光學(xué)轉(zhuǎn)鏡與傳動(dòng)裝置相連接。
[0008]進(jìn)一步的，所述激光測(cè)距設(shè)備的發(fā)射激光光束包括但不限于紅外激光光束，所述光束發(fā)散角為小于3mrad。
[0009]進(jìn)一步的，所述激光測(cè)距模塊設(shè)備測(cè)距速度包括但不限于最低為ΙΟΚΗζ。
[0010]進(jìn)一步的，所述傳動(dòng)裝置采用的驅(qū)動(dòng)裝置包括但不限于無(wú)刷直流伺服電機(jī)。
[0011]進(jìn)一步的，所述通訊端口采用RS422、RS232或Ethernet。
[0012]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的另一技術(shù)方案:一種2D激光雷達(dá)掃描裝置，包括激光測(cè)距設(shè)備、電機(jī)和光學(xué)轉(zhuǎn)鏡，所述電機(jī)設(shè)置在基座上，所述光學(xué)轉(zhuǎn)鏡通過(guò)旋轉(zhuǎn)座與電機(jī)平行設(shè)置在基座上，所述電機(jī)的皮帶輪與光學(xué)轉(zhuǎn)鏡的旋轉(zhuǎn)輪通過(guò)帶連接同步勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，所述激光測(cè)距設(shè)備通過(guò)角架設(shè)置在電機(jī)上并與光學(xué)轉(zhuǎn)鏡在同一水平線上，所述激光測(cè)距設(shè)備發(fā)射激光光束到光學(xué)轉(zhuǎn)鏡的反射面上，所述光學(xué)轉(zhuǎn)鏡的反射面與出射激光成45°夾角，垂直出射的激光經(jīng)光學(xué)轉(zhuǎn)鏡的反射面后平行出射，當(dāng)光束照射到障礙物上之后，會(huì)發(fā)生反射，即為回波信號(hào)，所述回波信號(hào)再次經(jīng)過(guò)光學(xué)轉(zhuǎn)鏡，反射到激光測(cè)距設(shè)備的接收光窗中，測(cè)得當(dāng)前的距離信息，當(dāng)光學(xué)轉(zhuǎn)鏡在電機(jī)的帶動(dòng)下勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，激光測(cè)距設(shè)備能測(cè)得各個(gè)方向上的距離信息，不同角度的距離信息通過(guò)設(shè)置在基座上通訊端口上傳數(shù)據(jù)處理設(shè)備后，經(jīng)處理顯示當(dāng)前的掃描障礙物信息結(jié)果。
[0013]進(jìn)一步的，所述電機(jī)采用無(wú)刷直流伺服電機(jī)。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
1、本發(fā)明的關(guān)鍵點(diǎn)在于采用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)(低成本)，實(shí)現(xiàn)高速、高分辨率、中遠(yuǎn)距離的掃描監(jiān)測(cè)。
[0015]2、本發(fā)明的保護(hù)點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)該種掃描方式的結(jié)構(gòu)以及轉(zhuǎn)動(dòng)掃描結(jié)構(gòu)，以較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)快速的大角度、快速的掃描監(jiān)測(cè)。
3、本發(fā)明能夠有效的利用空間，使雷達(dá)裝置的集成度更高，同時(shí)將電機(jī)和轉(zhuǎn)鏡放置在同一個(gè)支座上，使中心降低，只需要讓激光測(cè)距設(shè)備與光學(xué)轉(zhuǎn)鏡處于同一中心上，使集成更方便。
【附圖說(shuō)明】
[0016]此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定。在附圖中:
圖1為本發(fā)明一種2D激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)原理示意圖；
圖2為本發(fā)明一種2D激光雷達(dá)掃描裝置前端示意圖；
圖3為本發(fā)明一種2D激光雷達(dá)掃描裝置后端示意圖；
圖4為本發(fā)明激光測(cè)距設(shè)備的原理示意圖；
圖5為本發(fā)明激光雷達(dá)的掃描光路的示意圖；
附圖中標(biāo)記及相應(yīng)的零部件名稱(chēng):
1-激光測(cè)距設(shè)備，2-主控電路板，3-傳動(dòng)裝置，4-歸零開(kāi)關(guān)，5-通訊端口，6-數(shù)據(jù)處理設(shè)備，201-激光測(cè)距設(shè)備，202-電機(jī)，203-光學(xué)轉(zhuǎn)鏡，204-旋轉(zhuǎn)座，205-通訊端口，206-旋轉(zhuǎn)輪，207-基座，208-皮帶輪。
【具體實(shí)施方式】
[0017]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的示意性實(shí)施方式及其說(shuō)明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
實(shí)施例
[0018]如圖1和4所示，本發(fā)明一種2D激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)，包括用于精確快速的激光測(cè)距設(shè)備I，激光測(cè)距設(shè)備I包括:用于激光光束發(fā)射的激光發(fā)射模塊、用于接收激光回波光束的激光接收模塊、用于處理激光回波光束的激光電路模塊。激光發(fā)射模塊和激光接收模塊被封裝成一體化的模塊，激光發(fā)射光束和激光回波經(jīng)同一光窗發(fā)射和接收。激光電路模塊與激光發(fā)射模塊和激光接收模塊相連接。
[0019]激光測(cè)距設(shè)備I能夠快速、精確的測(cè)得當(dāng)前方向的距離信息，然后將距離信息傳遞給與之相連的主控電路板2，主控電路板2同時(shí)與歸零開(kāi)關(guān)4和傳動(dòng)裝置3相連，歸零開(kāi)關(guān)4傳遞給主控電路板2掃描的起始角度，主控電路板2發(fā)送控制脈沖控制傳動(dòng)裝置3的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，并獲取當(dāng)前的角度信息，主控電路板2將實(shí)時(shí)的距離和角度信息記錄，通過(guò)通訊端口5將信息傳遞給數(shù)據(jù)處理設(shè)備6，數(shù)據(jù)處理設(shè)備6處理并顯示當(dāng)前的掃描結(jié)果。
[0020]傳動(dòng)裝置還包括光學(xué)轉(zhuǎn)鏡，用于激光的發(fā)射和接收，所述光學(xué)轉(zhuǎn)鏡與傳動(dòng)裝置相連接。光學(xué)轉(zhuǎn)鏡需要較高的反射率和表面平整度。歸零開(kāi)關(guān)需要有較高的響應(yīng)頻率，降低因開(kāi)關(guān)延遲導(dǎo)致的誤差。激光測(cè)距設(shè)備，其發(fā)射激光光束包括但不限于紅外激光光束，光束發(fā)散角為小于3mrad。激光測(cè)距模塊設(shè)備，測(cè)距速度包括但不限于最低為ΙΟΚΗζ。傳動(dòng)裝置，采用驅(qū)動(dòng)裝置包括但不限于無(wú)刷直流伺服電機(jī)。通訊端口，可能包括RS422、RS232、Ethernet等。
[0021]如圖2-3所示，本發(fā)明一種2D激光雷達(dá)掃描裝置，包括激光測(cè)距設(shè)備201、電機(jī)202和光學(xué)轉(zhuǎn)鏡203，所述電機(jī)202設(shè)置在基座207上，光學(xué)轉(zhuǎn)鏡203通過(guò)旋轉(zhuǎn)座204與電機(jī)202平行設(shè)置在基座207上，電機(jī)202的皮帶輪208與光學(xué)轉(zhuǎn)鏡203的旋轉(zhuǎn)輪206通過(guò)帶連接同步勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，激光測(cè)距設(shè)備201通過(guò)角架設(shè)置在電機(jī)202上并與光學(xué)轉(zhuǎn)鏡203在同一水平線上，激光測(cè)距設(shè)備201發(fā)射激光光束到光學(xué)轉(zhuǎn)鏡203的反射面上，光學(xué)轉(zhuǎn)鏡203的反射面與出射激光成45°夾角，垂直出射的激光經(jīng)光學(xué)轉(zhuǎn)鏡203的反射面后平行出射，當(dāng)光束照射到障礙物上之后，會(huì)發(fā)生反射，即為回波信號(hào)，所述回波信號(hào)再次經(jīng)過(guò)光學(xué)轉(zhuǎn)鏡203，反射到激光測(cè)距設(shè)備201的接收光窗中，測(cè)得當(dāng)前的距離信息，當(dāng)光學(xué)轉(zhuǎn)鏡203在電機(jī)202的帶動(dòng)下勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，激光測(cè)距設(shè)備201能測(cè)得各個(gè)方向上的距離信息，不同角度的距離信息通過(guò)設(shè)置在基座207上通訊端口 205上傳數(shù)據(jù)處理設(shè)備后，經(jīng)處理顯示當(dāng)前的掃描障礙物信息結(jié)果。
[0022]如圖4所示，激光測(cè)距設(shè)備201包括:用于激光光束發(fā)射的激光發(fā)射模塊、用于接收激光回波信號(hào)的激光接收模塊、用于處理激光回波信號(hào)的激光電路模塊;所述激光發(fā)射模塊和激光接收模塊被封裝成一體化的模塊，激光發(fā)射光束和激光回波經(jīng)同一光窗發(fā)射和接收;所述激光電路模塊與激光發(fā)射模塊和激光接收模塊相連接。
[0023]激光測(cè)距設(shè)備201的發(fā)射激光光束包括但不限于紅外激光光束，所述光束發(fā)散角為小于3mrad。激光測(cè)距模塊設(shè)備201測(cè)距速度包括但不限于最低為ΙΟΚΗζ。電機(jī)202采用無(wú)刷直流伺服電機(jī)。
[0024]如圖5所示，本發(fā)明一種2D激光雷達(dá)掃描裝置原理，激光測(cè)距模塊發(fā)射的激光光束經(jīng)過(guò)光學(xué)轉(zhuǎn)鏡反射后，會(huì)打到目標(biāo)物上，經(jīng)由目標(biāo)障礙物反射后，激光回波被光學(xué)轉(zhuǎn)鏡反射回激光接收模塊，這個(gè)時(shí)間極短，隨著光學(xué)轉(zhuǎn)鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)，可以快速的掃描得到角度和距離信息，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的障礙物監(jiān)測(cè)。該監(jiān)測(cè)具有極大的范圍，且可以精確的反應(yīng)目標(biāo)障礙物的尺寸及其運(yùn)動(dòng)速度。
[0025]上述激光測(cè)距設(shè)備201可以采用已有的激光測(cè)距模塊，脈沖式或相位式激光測(cè)距模塊，激光測(cè)距設(shè)備的信號(hào)載波可選用可見(jiàn)光或紅外光，如905nm載波，測(cè)距的頻率可選擇1KHz極其以上速率，在確定掃描頻率的情況下，為提高分辨率，可選擇更高測(cè)距頻率的激光測(cè)距設(shè)備。
[0026]上述光學(xué)轉(zhuǎn)鏡203可以采用鍍銀反射面，其反射率可選擇95%以上。
[0027]上述電機(jī)202可以采用無(wú)刷直流伺服電機(jī)，可選參數(shù)為3000轉(zhuǎn)/min。
[0028]可選地，光學(xué)轉(zhuǎn)鏡203還可以采用其余形狀的結(jié)構(gòu)，表面作鍍膜和保護(hù)處理。
[0029]可選地，電機(jī)202可以配較高精度的編碼器，提高角度的精度。
[0030]以上所述的【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種2D激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)，包括用于快速精確測(cè)距的激光測(cè)距設(shè)備(1)，用于處理距離信息和光學(xué)轉(zhuǎn)鏡的角度信息的主控電路板(2)，用于帶動(dòng)光學(xué)轉(zhuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置(3)，用于初始化掃描角度的歸零開(kāi)關(guān)(4)，用于將主控電路板與數(shù)據(jù)處理設(shè)備之間通信的通信端口(5);用于處理數(shù)據(jù)信息和顯示的數(shù)據(jù)處理設(shè)備(6)，其特征在于:所述激光測(cè)距設(shè)備(I)測(cè)得當(dāng)前方向的距離信息，然后將距離信息傳遞給與之相連的主控電路板(2)，所述主控電路板(2)同時(shí)與歸零開(kāi)關(guān)(4)和傳動(dòng)裝置(3)相連，歸零開(kāi)關(guān)(4)傳遞給主控電路板(2)掃描的起始角度，主控電路板(2)通過(guò)發(fā)送控制脈沖以控制傳動(dòng)裝置(3)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，并獲取當(dāng)前的角度信息，主控電路板(2)將實(shí)時(shí)的距離和角度信息記錄，通過(guò)通訊端口(5)將信息傳遞給數(shù)據(jù)處理設(shè)備(6)，數(shù)據(jù)處理設(shè)備(6)處理并顯示當(dāng)前的掃描結(jié)果。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的2D激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述激光測(cè)距設(shè)備(I)包括:用于激光光束發(fā)射的激光發(fā)射模塊、用于接收激光回波光束的激光接收模塊、用于處理激光回波光束的激光電路模塊;所述激光發(fā)射模塊和激光接收模塊被封裝成一體化的模塊，激光發(fā)射光束和激光回波經(jīng)同一光窗發(fā)射和接收;所述激光電路模塊與激光發(fā)射模塊和激光接收模塊相連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的2D激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述傳動(dòng)裝置(3)還包括光學(xué)轉(zhuǎn)鏡，上述光學(xué)轉(zhuǎn)鏡用于激光的發(fā)射和接收，所述光學(xué)轉(zhuǎn)鏡與傳動(dòng)裝置(3)相連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的2D激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述激光測(cè)距設(shè)備的發(fā)射激光光束包括但不限于紅外激光光束，所述光束發(fā)散角為小于3mrad。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的2D激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述激光測(cè)距模塊設(shè)備(I)測(cè)距速度包括但不限于最低為1KHz。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的2D激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述傳動(dòng)裝置(3)采用的驅(qū)動(dòng)裝置包括但不限于無(wú)刷直流伺服電機(jī)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的2D激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述通訊端口采用RS422、RS232或Ethernet。8.—種實(shí)施權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)權(quán)利要求的2D激光雷達(dá)掃描裝置，包括激光測(cè)距設(shè)備(201)、電機(jī)(202)和光學(xué)轉(zhuǎn)鏡(203)，其特征在于:所述電機(jī)(202)設(shè)置在基座(207)上，所述光學(xué)轉(zhuǎn)鏡(203)通過(guò)旋轉(zhuǎn)座(204)與電機(jī)(202)平行設(shè)置在基座(207)上，所述電機(jī)(202)的皮帶輪(208)與光學(xué)轉(zhuǎn)鏡(203)的旋轉(zhuǎn)輪(206)通過(guò)帶連接同步勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，所述激光測(cè)距設(shè)備(201)通過(guò)角架設(shè)置在電機(jī)(202)上并與光學(xué)轉(zhuǎn)鏡(203)在同一水平線上，所述激光測(cè)距設(shè)備(201)發(fā)射激光光束到光學(xué)轉(zhuǎn)鏡(203)的反射面上，所述光學(xué)轉(zhuǎn)鏡(203)的反射面與出射激光成45°夾角，垂直出射的激光經(jīng)光學(xué)轉(zhuǎn)鏡(203)的反射面后平行出射，當(dāng)光束照射到障礙物上之后，會(huì)發(fā)生反射，即為回波信號(hào)，所述回波信號(hào)再次經(jīng)過(guò)光學(xué)轉(zhuǎn)鏡(203)，反射到激光測(cè)距設(shè)備(201)的接收光窗中，測(cè)得當(dāng)前的距離信息，當(dāng)光學(xué)轉(zhuǎn)鏡(203)在電機(jī)(202)的帶動(dòng)下勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，激光測(cè)距設(shè)備(201)能測(cè)得各個(gè)方向上的距離信息，不同角度的距離信息通過(guò)設(shè)置在基座(207)上通訊端口(205)上傳數(shù)據(jù)處理設(shè)備后，經(jīng)處理顯示當(dāng)前的掃描障礙物信息結(jié)果。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的2D激光雷達(dá)掃描裝置，其特征在于，所述電機(jī)(202)采用無(wú)刷直流伺服電機(jī)。
【文檔編號(hào)】G01S17/08GK106019297SQ201610607925
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月29日
【發(fā)明人】趙宇, 楊永剛, 嚴(yán)強(qiáng), 朱建中, 王曉維
【申請(qǐng)人】成都希德電子信息技術(shù)有限公司