CN106842221A - 一种多线360°扫描式激光雷达及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

一种多线360°扫描式激光雷达及其实现方法，该激光雷达包括：由环形转子和环形定子组成的环形电机，固连在环形电机转子上的多线激光测距子系统，多线测距子系统能够发射多束激光实现对目标的多线激光测距功能，送电线圈和接收线圈构成了无线能量传输通路为多线测距子系统提供电能，一组无线数据接收和发送模块实现多线激光测距子系统和中央管理模块之间无线通讯功能，光电码盘和光电开关测量环形电机转动的角度信息，中央管理模块将多线测距信息和转角测量信息对应起来，就获得了一组多线激光雷达的探测数据，随着环形电机的不断的旋转，即可获得360°范围内的探测数据；本发明不需要使用滑环即可实现能量及信号的非接触式传输，具有可靠性高、寿命长、成本低廉、结构简单，易于实现的优点。

Description

一种多线360°扫描式激光雷达及其实现方法
技术领域
本发明涉及多线扫描式激光雷达领域，具体涉及一种多线360°扫描式激光雷达及其实现方法。
背景技术
多线360°扫描激光雷达在无人驾驶汽车上具有十分重要的作用，目前该类型的激光雷达主要采用美国Velodyne公司研制的多线激光发射/接收一体化的扫描方案，该方案使用高性能滑环实现能量及信号的传输，但高性能滑环质量和体积比较大，而且非常价格昂贵，导致多线360°激光雷达的售价非常高,系统体积质量都比较大。
发明内容
针对这一问题，本发明设计了一种基于环形电机的多线360°扫描式激光雷达及其实现方法，该方案不需要使用滑环即可实现能量及信号的非接触式传输，而且，成本低廉，结构简单，易于实现。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种多线360°扫描式激光雷达，包括环形电机4，环形电机4包括电机转子14和电机定子13，电机转子14分为中空筒状结构和沿中空筒状上端部向外延伸的中空环状结构两部分，中空筒状结构从轴承15的中心穿过，且与轴承15的内环固连，中空环状结构底部壁上镶嵌有磁片16；电机定子13为空心盘状，其内壁与轴承15外环固连，上端部均匀的缠绕着多个线圈17，电机定子13缠绕线圈的端面平行于电机转子14的中空环状结构；多线测距子系统2固连于电机转子14的中空环状结构上，第一无线数据发射与接收模块3固定在电机转子14的内部中空筒状结构的对称轴上，并与多线测距子系统2通过导线连接；中空结构支架18固定于电机定子13底端，送电线圈5固连于中空结构支架18内，且位于接收线圈6上方，接收线圈6固连于线圈盘7，且通过导线与多线测距子系统2连接，线圈盘7为空心圆环状，固连于电机转子14的内部中空筒状结构底部外侧，线圈盘7随电机转子14的转动而转动，光电码盘9为空心圆环状且固连在线圈盘7底部，并且光电码盘9随线圈盘7转动而转动，光电开关8固连于中央管理单元11上，并通过导线与中央管理单元11相连，光电开关8能够探测到光电码盘9的转动信号，第二无线数据发射与接收模块10固连在中央管理模块11上，且位于电机转子14的中空筒状结构的对称轴上，第二无线数据发射与接收模块10通过导线与中央管理模块11连接，电机定子13上的线圈17和送电线圈5也与中央管理模块11连接；
所述所述电机定子13、电机转子14、轴承15、送电线圈5、接收线圈6、线圈盘7和光电码盘9均为中空的对称结构，且对称轴均重合，第一无线数据发射和接收模块3和第二无线数据发射和接收模块10利用中空结构进行无线数据通讯。
所述送电线圈5通过中空结构支架18与电机定子13固连，接收线圈6通过线圈盘7与电机转子14固连，并利用电机定子13和电机转子14的中空结构实现无线能量传输。
所述多线360°扫描式激光雷达的所有部件均包覆在外壳1内。
所述第一无线数据发射与接收模块2和第二无线数据发射与接收模块10使用基于光的无线数据发射和接收模块。
所述多线360°扫描式激光雷达实现360°扫描的方法，包括如下步骤：
步骤一：中央管理模块11通过导线给环形电机4的电机定子13上的线圈17通电，并驱动环形电机4的电机转子14旋转；
步骤二：中央管理模块11通过导线给送电线圈5通电并产生电磁波，将电能传输给接收线圈6，多线激光测距子系统2与接收线圈6相连，并对接收线圈6输出的电流进行整形，并最终获得稳定的直流电源；
步骤三：环形电机4的电机转子14转动，带动线圈盘7和光电码盘9转动，光电码盘9的转动触发光电开关8生成脉冲信号，中央管理模块(11)读取该脉冲信号并测量出转子的位置信息；
步骤四：中央管理模块11接收到光电开关8输出的脉冲信号后，触发第二无线数据发送和接收模块10发送一个激光发射指令信号给第一无线数据发送和接收模块3；
步骤五：第一无线数据发送和接收模块3将激光发射指令发送给多线激光测距子系统2，多线激光测距子系统2发射多束激光到目标上，并探测到从目标返回的激光信号，测量目标的距离信息；
步骤六：多线激光测距子系统2将测量到的多路目标距离信息发送给第一无线数据发送和接收模块3，第一无线数据发送和接收模块3将该信息发送给第二无线数据发送和接收模块10，第二无线数据发送和接收模块10将多路目标的距离信息发送给中央管理模块11；
步骤七：中央管理模块11将多路目标的距离信息和步骤三中测量出的转子位置信息对应起来，就获得了一组激光雷达的探测数据；
步骤八：环形电机4不断旋转，重复步骤三至步骤七，就能够获取360°视场范围内的目标距离和位置信息。
与现有技术相比，本发明有以下优点：
本发明专利将电机转子和电机定子设计成中空结构，并通过无线数据通讯实现信息的传输，利用送电线圈和接收线圈实现能量的传输，避免使用传统方案中的滑环，从而提高系统的可靠性及使用寿命，同时有助于降低系统的质量和成本。
附图说明
图1为本发明多线360°扫描式激光雷达结构剖视图。
图2为本发明多线360°扫描式激光雷达装配示意图。
图3为本发明多线360°扫描式激光雷达工作流程示意图。
图4为本发明环形电机结构示意图。
图5为本发明环形电机定子结构示意图。
图6为本发明环形电机转子结构示意图。
具体实施方式
如图1、图2、图4、图5和图6所示，本发明一种多线360°扫描式激光雷达，包括环形电机4，环形电机4包括电机转子14和电机定子13，电机转子14分为中空筒状结构和沿中空筒状上端部向外延伸的中空环状结构两部分，中空筒状结构从轴承15的中心穿过，且与轴承15的内环固连，中空环状结构底部壁上镶嵌有磁片16；电机定子13为空心盘状，其内壁与轴承15外环固连，上端部均匀的缠绕着多个线圈17，电机定子13缠绕线圈的端面平行于电机转子14的中空盘状结构；多线测距子系统2固连于电机转子14的中空环状结构上，第一无线数据发射与接收模块3固定在电机转子14的内部中空筒状结构的对称轴上，并与多线测距子系统2通过导线连接；中空结构支架18上固定于电机定子13底端，送电线圈5固连于中空结构支架18内，接收线圈6固连于线圈盘7，且通过导线与多线测距子系统2连接，线圈盘7为空心圆环状，固连于电机转子14的内部中空筒状结构底部外侧，线圈盘7随电机转子14的转动而转动，光电码盘9为空心圆环状且固连在线圈盘7底部，并且光电码盘9随线圈盘7转动而转动，光电开关8固连于中央管理单元11上，并通过导线与中央管理单元11相连，光电开关8能够探测到光电码盘9的转动信号，第二无线数据发射与接收模块10固连在中央管理模块11上，且位于电机转子14的中空筒状结构的对称轴上，第二无线数据发射与接收模块10通过导线与中央管理模块11连接，电机定子13上的线圈17和送电线圈5也与中央管理模块11连接；
所述送电线圈5通过中空结构支架18与电机定子13固连，接收线圈6通过线圈盘与电机转子14固连，并利用电机定子13和电机转子14的中空结构实现无线能量传输。
作为本发明的优选实施方式，所述第一无线数据发射与接收模块3和第二无线数据发射与接收模块10均位于环形电机4的对称轴上。
作为本发明的优选实施方式，所述多线360°扫描式激光雷达的所有部件均包覆在外壳1内。
所述第一无线数据发射与接收模块3，第二无线数据发射与接收模块10作为优选方案，使用基于光的无线数据发射和接收模块。
如图2，图3所示，本发明多线360°扫描式激光雷达实现360°扫描的方法，包括如下步骤：
步骤一：中央管理模块11通过导线给环形电机4的定子13上的线圈17通电，并驱动环形电机4的电机转子14旋转；
步骤二：中央管理模块11通过导线给送电线圈5通电并产生电磁波，将电能传输给接收线圈6，多线激光测距子系统2与接收线圈6相连，并对接收线圈6输出的电流进行整形，并最终获得稳定的直流电源；
步骤三：环形电机4的电机转子14转动，带动光电码盘9转动，光电码盘9的转动触发光电开关8生成脉冲信号，并将该脉冲信号发送给中央管理模块11，中央管理模块11读取该脉冲信号并测量出转子的位置信息；
步骤四：中央管理模块11接收到光电开关8输出的脉冲信号后，触发第二无线数据发送和接收模块10发送一个激光发射指令信号给第一无线数据发送和接收模块3；
步骤五：第一无线数据发送和接收模块3将激光发射指令发送给多线激光测距子系统2，多线激光测距子系统2发射多束激光到目标上，并探测到从目标返回的激光信号，测量目标的距离信息；
步骤六：多线激光测距子系统2将测量到的多路目标距离信息发送给第一无线数据发送和接收模块3，第一无线数据发送和接收模块3将该信息发送给第二无线数据发送和接收模块10，第二无线数据发送和接收模块10将多路目标的距离信息发送给中央管理模块11；
步骤七：中央管理模块11将多路目标的距离信息和步骤三中测量出的转子位置信息对应起来，就获得了一组激光雷达的探测数据；
步骤八：环形电机4不断旋转，重复步骤三至步骤七，就能够获取360°视场范围内的目标距离和位置信息。

Claims (5)

1.一种多线360°扫描式激光雷达，其特征在于：包括环形电机(4)，环形电机(4)包括电机转子(14)和电机定子(13)，电机转子(14)分为中空筒状结构和沿中空筒状上端部向外延伸的中空环状结构两部分，中空筒状结构从轴承(15)的中心穿过，且与轴承(15)的内环固连，中空环状结构底部壁上镶嵌有磁片(16)；电机定子(13)为空心盘状，其内壁与轴承(15)外环固连，上端部均匀的缠绕着多个线圈(17)，电机定子(13)缠绕线圈的端面平行于电机转子(14)的中空环状结构；多线测距子系统(2)固连于电机转子(14)的中空环状结构上，第一无线数据发射与接收模块(3)固定在电机转子(14)的中空环状结构的对称轴上，并与多线测距子系统(2)通过导线连接；中空结构支架(18)固定于电机定子(13)底端，送电线圈(5)固连于中空结构支架(18)内，且位于接收线圈(6)上方，接收线圈(6)固连于线圈盘(7)，且通过导线与多线测距子系统(2)连接，线圈盘(7)为空心圆环状，固连于电机转子(14)的内部中空筒状结构底部外侧，线圈盘(7)随电机转子(14)的转动而转动，光电码盘(9)为空心圆环状且固连在线圈盘(7)底部，并且光电码盘(9)随线圈盘(7)转动而转动，光电开关(8)固连在中央管理模块(11)上，且能够探测到光电码盘(9)的转动信号；第二无线数据发射与接收模块(10)固连在中央管理模块(11)上，且位于环形电机(4)对称轴上，第二无线数据发射与接收模块(10)通过导线与中央管理模块(11)连接，电机定子(13)上的线圈(17)和送电线圈(5)也与中央管理模块(11)连接；
所述电机定子(13)、电机转子(14)、轴承(15)、送电线圈(5)、接收线圈(6)、线圈盘(7)和光电码盘(9)均为中空的对称结构，且对称轴均重合，第一无线数据发射和接收模块(3)和第二无线数据发射和接收模块(10)利用中空结构进行无线数据通讯。
2.根据权利要求1所述的一种多线360°扫描式激光雷达，其特征在于：所述送电线圈(5)通过中空结构支架(18)与电机定子(13)固连，接收线圈(6)通过线圈盘(7)与电机转子(14)固连，并利用电机定子(13)和电机转子(14)的中空结构实现无线能量传输。
3.根据权利要求1所述的一种多线360°扫描式激光雷达，其特征在于：所述多线360°扫描式激光雷达的所有部件均包覆在外壳(1)内。
4.根据权利要求1所述的一种多线360°扫描式激光雷达，其特征在于：所述第一无线数据发射与接收模块(3)和第二无线数据发射与接收模块(10)使用基于光的无线数据发射和接收模块。
5.权利要求1至4任一项所述多线360°扫描式激光雷达实现360°扫描的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：中央管理模块(11)通过导线给环形电机(4)的电机定子(13)上的线圈(17)通电，并驱动环形电机(4)的电机转子(14)旋转；
步骤二：中央管理模块(11)通过导线给送电线圈(5)通电并产生电磁波，将电能传输给接收线圈(6)，多线激光测距子系统(2)与接收线圈(6)相连，并对接收线圈(6)输出的电流进行整形，最终获得稳定的直流电源；
步骤三：环形电机(4)的电机转子(14)转动，带动线圈盘(7)和光电码盘(9)转动，光电码盘(9)的转动触发光电开关(8)生成脉冲信号，中央管理模块(11)读取该脉冲信号并测量出转子的位置信息；
步骤四：中央管理模块(11)接收到光电开关(8)输出的脉冲信号后，触发第二无线数据发送和接收模块(10)发送一个激光发射指令信号给第一无线数据发送和接收模块(3)；
步骤五：第一无线数据发送和接收模块(3)将激光发射指令发送给多线激光测距子系统(2)，多线激光测距子系统(2)发射多束激光到目标上，并探测到从目标返回的激光信号，测量目标的距离信息；
步骤六：多线激光测距子系统(2)将测量到的多路目标距离信息发送给第一无线数据发送和接收模块(3)，第一无线数据发送和接收模块(3)将该信息发送给第二无线数据发送和接收模块(10)，第二无线数据发送和接收模块(10)将多路目标的距离信息发送给中央管理模块(11)；
步骤七：中央管理模块(11)将多路目标的距离信息和步骤三中测量出的转子位置信息对应起来，就获得了一组激光雷达的探测数据；
步骤八：环形电机(4)不断旋转，重复步骤三至步骤七，就能够获取360°视场范围内的目标距离和位置信息。
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