CN106842225B - 基于盘式转子电机的扫描式激光测距装置及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于盘式转子电机的扫描式激光测距装置及其实现方法，该装置包括电机转子，电机定子，轴承，与电机转子连接的测角传感器；还包括激光器，固定于激光器发射端的准直透镜，固定于准直透镜光路上的第一反射装置，固定于第一反射装置反射光路上且与电机转子固连的第二反射装置，固定于第二反射装置接收光路上的滤光装置，固定于滤光装置滤光光路上的聚焦透镜，固定于聚焦透镜汇聚光路上的激光探测器；与激光探测器连接的激光测距装置；与激光器、激光测距装置和测角传感器连接的系统处理器单元；电机定子和电机转子均为环形空心盘状，发射激光和接收激光均可从中穿过；本发明还公开了该装置实现测距的方法；本发明不需要使用滑环也可以实现360°探测。

Description

基于盘式转子电机的扫描式激光测距装置及其实现方法
技术领域
本发明涉及激光扫描探测领域，具体涉及一种基于盘式转子电机的扫描式激光测距装置及其实现方法。
背景技术
自主避障技术是无人机，无人车等无人装备需要解决的关键技术，避障能力是检验无人设备综合性能的一个关键因素。目前主流的避障技术主要有超声波和视觉技术。其中超声波是最简单的测距系统，成本相对较低，运用方便，但是由于作用距离较近，测距精度不高，而且容易受外界干扰；视觉技术极易收到光照因素的影响，不能满足全天候自主避障的需求。
现有的激光雷达能够实现360°扫描探测，但现有的方案通常需要使用滑环，从而影响了激光雷达的使用寿命，而不使用滑环的方案则难以实现360°全覆盖的探测效果。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是在于提供一种基于盘式转子电机的扫描式激光测距装置及其实现方法，该方案不需要使用滑环也可以实现360°探测，与现有方案相比具有结构简单，可靠性高，使用寿命长的优点。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于盘式转子电机的扫描式激光测距装置，包括电机转子1，电机定子2，轴承15，与电机转子1连接的测角传感器6；还包括激光器5，固定于激光器5发射端的准直透镜9，固定于准直透镜9光路上的第一反射装置12，固定于第一反射装置12反射光路上且与电机转子1固连的第二反射装置3，固定于第二反射装置3接收光路上的滤光装置11，固定于滤光装置11滤光光路上的聚焦透镜8，固定于聚焦透镜8汇聚光路上的激光探测器10；与激光探测器10连接的激光测距装置4；还包括与所述激光器5、激光测距装置4和测角传感器6连接的系统处理器单元7；还包括与电机转子固连的永磁体16，缠绕在电机定子上的线圈14；所述电机定子2和电机转子1均是环形空心盘状，发射激光和接收激光均可从中穿过。
所述电机转子1位于电机定子2的上端，电机转子1和电机定子2轴向相连。
所述电机定子2的上表面沿圆周方向均匀地缠绕着线圈14，电机定子2与轴承15的外环外壁固连。
所述电机转子1下表面嵌有永磁体16，永磁体16沿圆周方向均匀排列。电机转子1呈空心凸台状，电机转子1的凸台与轴承内环内壁固连。
所述第一反射装置12在水平面上投影的面积不大于聚焦透镜8在水平面上投影面积的三分之一。
所述第一反射装置12与水平方向成135度夹角；所述的第二反射装置3与水平方向成45度夹角。
所述基于盘式转子电机的扫描式激光测距装置实现测距的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一，系统处理器单元7驱动激光器5发射激光经过第一反射装置12反射后，穿过电机转子1和电机定子2的中心照射到第二反射装置3上，经过反射装置3的反射后，激光照射到目标上；
步骤二，第二反射装置3与电机转子1固连，电机转子1转动时带动其转动，将照射到第二反射装置3的竖直方向激光反射成为水平扫描激光，并对水平面进行360度扫描探测，系统处理器单元7通过测角传感器6测量电机转子1在发射激光照射到第二反射装置3时刻的转角；
步骤三，目标反射的激光被第二反射装置3反射，竖直穿过电机转子1和电机定子2中心后，其中一部分激光在第一反射装置12处被遮挡损失掉，另一部分则直接经滤光装置11滤光后穿过聚焦透镜8，聚焦透镜8实现汇聚激光的作用，激光探测器10接收反射回来的激光，以便激光测距装置4进行后续处理；
步骤四，激光测距装置4通过测量发射激光脉冲时间t1和接收激光脉冲时间t2之间的时间差计算目标的距离；系统处理器单元7读取激光测距装置4测量的目标的距离，实现对360°目标的扫描测距。
与现有技术相比，本发明有以下优点：
第一，本发明电机的转子、定子及轴承为环形空心盘状，将电机转子、定子及轴承设计成空心结构，发射激光和接收激光均从中穿过；把反射装置与电机转子固连并随其旋转，而激光发射和接收装置不发生旋转，该设计方案可以在不使用滑环的情况下实现对周围环境360°扫描探测，具有结构简单，可靠性高，价格便宜，使用寿命长等优点。
第二，本发明设计的扫描装置有利于减小系统的轴向尺寸，适合在轴向空间较狭小的环境下使用。
附图说明
图1为本发明基于盘式转子电机的扫描式激光测距装置结构图。
图2为本发明装置中电机与反射装置固连的示意图。
图3为本发明装置中盘式转子电机结构示意图。
图4为本发明装置中盘式转子电机定子与轴承示意图，其中图4a为电机定子与轴承的侧视图，图4b为电机定子与轴承的俯视图。
图5为本发明装置中盘式转子电机动子示意图，其中图5a为电机转子的侧视图，图5b为电机转子的俯视图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1所示，本发明基于盘式转子电机的扫描式激光测距装置包括电机转子1，电机定子2，轴承15，与电机转子1连接的测角传感器6；还包括激光器5，固定于激光器5发射端的准直透镜9，固定于准直透镜9光路上的第一反射装置12，固定于第一反射装置12反射光路上且与电机转子1固连的第二反射装置3，固定于第二反射装置3接收光路上的滤光装置11，固定于滤光装置11滤光光路上的聚焦透镜8，固定于聚焦透镜8汇聚光路上的激光探测器10；与激光探测器10连接的激光测距装置4；还包括与所述激光器5、激光测距装置4和测角传感器6连接的系统处理器单元7；还包括与电机转子固连的永磁体16，缠绕在电机定子上的线圈14；所述电机定子2和电机转子1均是环形空心盘状，发射激光和接收激光均可从中穿过。
所述第一反射装置12，反射准直透镜9准直的激光，作为优选方案，所述的第一反射装置12与水平方向成135度夹角时可以达到最佳反射效果。
所述第二反射装置3，固定于电机转子1上与电机转子1同时转动，作为优选方案，所述的第二反射装置3与水平方向成45度夹角时可以达到最佳反射效果。
如图2所示，本发明中电机转子与第二反射装置3相固连的示意图，第二反射装置3和电机转子1固连在一起，电机转动1时带动其转动。
如图3、图4图4a、图4b和图5图5a、图5b所示，所述电机转子1在电机定子2的上端，电机转子1和电机定子2轴向相连；所述电机定子2的上表面沿圆周方向均匀地缠绕着线圈14，电机定子2与轴承15的外环外壁固连；所述电机转子1下表面嵌有充磁的永磁体16，永磁体16沿圆周方向均匀排列。电机转子1呈空心凸台状，电机转子1与轴承内环内壁固连，实现电机转子1360°无障碍旋转。
本发明装置实现测距的方法如下：系统处理器单元7驱动激光器5发射激光经过第一反射装置12反射后，穿过电机转子1和电机定子2的中心照射到第二反射装置3上，经过反射装置3的反射后，激光照射到目标上；第二反射装置3与电机转子1固连，电机转子1转动时带动其转动，将照射到第二反射装置3的竖直方向激光反射成为水平扫描激光，并对水平面进行360度扫描探测,系统处理器单元7通过测角传感器6测量电机转子1在发射激光照射到第二反射装置3时刻的转角；目标反射的激光被第二反射装置3反射，竖直穿过电机转子1和电机定子2中心后，其中一部分激光在第一反射装置12处被遮挡损失掉，另一部分则直接经滤光装置11滤光后穿过聚焦透镜8，聚焦透镜8实现汇聚激光的作用，激光探测器10接收反射回来的激光，以便激光测距装置4进行后续处理；激光测距装置4通过测量发射激光脉冲时间t1和接收激光脉冲时间t2之间的时间差计算目标的距离；系统处理器单元7读取激光测距装置4测量的目标的距离，实现对360°目标的扫描测距。

Claims (6)

1.一种基于盘式转子电机的扫描式激光测距装置，其特征在于：包括电机转子(1)，电机定子(2)，轴承(15)，与电机转子(1)连接的测角传感器(6)；还包括激光器(5)，固定于激光器(5)发射端的准直透镜(9)，固定于准直透镜(9)光路上的第一反射装置(12)，固定于第一反射装置(12)反射光路上且与电机转子(1)固连的第二反射装置(3)，固定于第二反射装置(3)接收光路上的滤光装置(11)，固定于滤光装置(11)滤光光路上的聚焦透镜(8)，固定于聚焦透镜(8)汇聚光路上的激光探测器(10)；与激光探测器(10)连接的激光测距装置(4)；还包括与所述激光器(5)、激光测距装置(4)和测角传感器(6)连接的系统处理器单元(7)；还包括与电机转子(1)固连的永磁体(16)，缠绕在电机定子(2)上的线圈(14)；所述电机定子(2)和电机转子(1)均为环形空心盘状，发射激光和接收激光均可从中穿过；所述电机转子(1)位于电机定子(2)的上端，电机转子(1)和电机定子(2)轴向相连。
2.根据权利要求1所述的基于盘式转子电机的扫描式激光测距装置，其特征在于：所述电机定子(2)的上表面沿圆周方向均匀地缠绕着线圈(14)，电机定子(2)与轴承(15)的外环外壁固连。
3.根据权利要求1所述的基于盘式转子电机的扫描式激光测距装置，其特征在于：所述电机转子(1)下表面嵌有永磁体(16)，永磁体(16)沿圆周方向均匀排列；电机转子(1)呈空心凸台状，电机转子(1)的凸台与轴承内环内壁固连。
4.根据权利要求1所述的基于盘式转子电机的扫描式激光测距装置，其特征在于：所述第一反射装置(12)在水平面上投影的面积不大于聚焦透镜(8)在水平面上投影面积的三分之一。
5.根据权利要求1所述的基于盘式转子电机的扫描式激光测距装置，其特征在于：所述第一反射装置(12)与水平方向成135度夹角；所述的第二反射装置(3)与水平方向成45度夹角。
6.权利要求1所述基于盘式转子电机的扫描式激光测距装置实现测距的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一，系统处理器单元(7)驱动激光器(5)发射激光经过第一反射装置(12)反射后，穿过电机转子(1)和电机定子(2)的中心照射到第二反射装置(3)上，经过第二反射装置(3)的反射后，激光照射到目标上；
步骤二，第二反射装置(3)与电机转子(1)固连，电机转子(1)转动时带动其转动，将照射到第二反射装置(3)的竖直方向激光反射成为水平扫描激光，并对水平面进行360度扫描探测，系统处理器单元(7)通过测角传感器(6)测量电机转子(1)在发射激光照射到第二反射装置(3)时刻的转角；
步骤三，目标反射的激光被第二反射装置(3)反射，竖直穿过电机转子(1)和电机定子(2)中心后，其中一部分激光在第一反射装置(12)处被遮挡损失掉，另一部分则直接经滤光装置(11)滤光后穿过聚焦透镜(8)，聚焦透镜(8)实现汇聚激光的作用，激光探测器(10)接收反射回来的激光，以便激光测距装置(4)进行后续处理；
步骤四，激光测距装置(4)通过测量发射激光脉冲时间t1和接收激光脉冲时间t2之间的时间差计算目标的距离；系统处理器单元(7)读取激光测距装置(4)测量的目标的距离，实现对360°目标的扫描测距。
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