CN108594212A - 一种全方位测距装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全方位测距装置，包括支架、设置在支架上的第一移动组件和第二移动组件。红外测距传感器和超声波传感器共同组成该装置的复合式检测模块。其中红外测距传感器根据红外线从发射模块发出到被物体反射回来被接受模块接受所需要的时间检测被测物之间的距离；超声波传感器根据接收器接到超声波时的时间差和声速计算出测量距离。在距待测物体距离较远的复杂环境中检测时，二者同时开启，并将检测数据传送给控制器，由控制器进行优化处理，进而得出精确的距离测量数据；而在水下或者距待测物体距离较近的环境下测量时，由超声波传感器单独工作，就能够测量出准确的距离信息。

Description

一种全方位测距装置

技术领域

本发明属于测距装置技术领域，具体涉及一种能够实现全方位运动，并且测量精度高的综合测距装置。

背景技术

随着科学技术的发展，人们需要测量的地方越来越多，地形也越来越复杂，例如：水下的测量、高山上的测量，这就要求我们的测量工具能够适应复杂的测量环境。在测量领域也先后出现了激光测距、微波雷达测距、超声波测距及红外线测距等方式。

红外线测距作为一种应用广泛、测量精度高的测量方式，是利用红外线传播时不扩散、折射率小的特性，根据红外线从发射模块发出到被物体反射回来被接受模块接受所需要的时间，采用相应的测距公式来实现对物体距离的测量。但经过实践，我们发现：红外测距也有其不足之处：能检测的最小距离太大，对于近似黑色的物体无法检测距离。

超声波是一种频率高于20000Hz的声波。具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。而超声波测距的原理是在超声波发射装置发出超声波，然后根据接收器接到超声波时的时间差和声速计算出距离的装置。超声波测距往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，可以测量相对较小的距离，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此也得到了广泛的应用。但超声波测距也有其不足之处：容易受到温度和风速的干扰。

发明内容

本发明的目的在于提供进一种全方位测距装置，解决现有技术中红外线测距、超声波测距存在的不足，实现全方位，高精度测距。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现：

一种全方位测距装置，包括支架、设置在支架上的第一移动组件和第二移动组件。

所述第一移动组件包括竖直设置在支架上的第一丝杠、第一电机和第一滑块，第一电机与支架固定连接，第一丝杠的一端与第一电机的输出轴连接，第一丝杠的另一端通过轴承与支架转动连接；第一滑块上开设有螺纹通孔，并通过该螺纹通孔套设在第一丝杠上，且与第一丝杠螺纹连接。

所述第二移动组件包括滑台、水平设置的第二丝杠、第二电机和第二滑块，滑台固定在第一滑块上，第二电机固定在滑台上，第二丝杠的一端与第二电机的输出轴固连，另一端通过轴承与滑台转动连接，第二滑块上开设有螺纹通孔，并通过该螺纹通孔套设在第二丝杠上，且与第二丝杠螺纹连接。

所述第二滑块上固定设置有第三电机，第三电机的输出轴为竖直状态，第三电机输出轴上固定设置有传感器固定架，传感器固定架上设置有超声波传感器，第二滑块上设置有红外传感器。

所述红外测距传感器和超声波传感器共同组成该装置的复合式检测模块。其中红外测距传感器根据红外线从发射模块发出到被物体反射回来被接受模块接受所需要的时间检测被测物之间的距离；超声波传感器根据接收器接到超声波时的时间差和声速计算出测量距离。在距待测物体距离较远的复杂环境中检测时，二者同时开启，并将检测数据传送给控制器，由控制器进行优化处理，进而得出精确的距离测量数据；而在水下或者距待测物体距离较近的环境下测量时，由超声波传感器单独工作，就能够测量出准确的距离信息。

通过设置第一移动组件和第二移动组件共同组成丝杠滑台机构，第一电机驱动第一滑块沿第一丝杠上下移动，第二电机驱动第二滑块沿第二丝杠水平方向移动，实现该装置在水平和垂直方向上的移动，再结合第三电机的转动，实现传感器固定架全方位运动，即实现超声波传感器全方测距。当超声波测距传感器工作时，由第三电机带动传感器固定架上的超声波传感器旋转，从而实现超声波传感器360度旋转，达到在该平面内的360度测距的目的。

进一步改进，所述第一移动组件还包括开设在支架上的两个第一滑槽，两个第一滑槽位于第一丝杠的两侧，且与第一丝杠平行设置，第一滑块上固定设置第一转轴，第一转轴的两端均转动设置有第一滚轮，第一滚轮活动式卡设在对应的第一滑槽中，且能够沿第一滑槽滑动。通过设置第一滑槽和第一滚轮，使第一滑块的移动更加平稳，提高结构稳定性，进而提高测量精度。

进一步改进，所述第二移动组件还包括开设在滑台上的两个第二滑槽，两个第二滑槽位于第二丝杠的两侧，且与第二丝杠平行设置，第二滑块上固定设置第二转轴，第二转轴的两端均转动设置有第二滚轮，第二滚轮活动式卡设在对应的第二滑槽中，且能够沿第二滑槽滑动。通过设置第二滑槽和第二滚轮，使第二滑块的移动更加平稳，提高结构稳定性，进而提高测量精度。

进一步改进，还包括光栅传感器，其中，光栅传感器的标准光栅和指示光栅固定套设第三电机的输出轴上。通过设置光栅传感器，可以确定超声波传感器2转过的角度，进而得出超声波传感器的具体位置信息，并将位置信息通过控制器反馈给第一电机、第二电机和第三电机，最后由第一电机、第二电机和第三电机分别对第一滑块、第二滑块和传感器固定架进行调整，达到对红外测距传感器和超声波传感器位置进行实时调整，实现全方位运动的闭环控制，使测量结果更加精确。

进一步改进，所述第一电机、第二电机和电三电机均为伺服电机，控制精度高。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

结合超声波测距传感器和红外测距传感器在测距方面的优势，并采用十字丝杆滑台作为基座，实现了传统测距装置的全方位运动检测，并且检测数据更加精确可靠，极大地提高了距离检测地效率和准确性。

附图说明

图1为本发明一种全方位测距装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，一种全方位测距装置，包括支架1、设置在支架1上的第一移动组件和第二移动组件。

所述第一移动组件包括竖直设置在支架上的第一丝杠2、第一电机3和第一滑块4，第一电机3与支架1固定连接，第一丝杠2的一端与第一电机3的输出轴连接，第一丝杠2的另一端通过轴承与支架1转动连接；第一滑块4上开设有螺纹通孔，并通过该螺纹通孔套设在第一丝杠2上，且与第一丝杠螺纹连接。

所述第二移动组件包括滑台5、水平设置的第二丝杠7、第二电机6和第二滑块8，滑台5固定在第一滑块4上，第二电机6固定在滑台5上，第二丝杠7的一端与第二电机6的输出轴固连，另一端通过轴承与滑台5转动连接，第二滑块8上开设有螺纹通孔，并通过该螺纹通孔套设在第二丝杠7上，且与第二丝杠7螺纹连接。

所述第二滑块8上固定设置有第三电机9，第三电机9的输出轴为竖直状态，第三电机9输出轴上固定设置有传感器固定架11，传感器固定架11上设置有超声波传感器12，第二滑块8上设置有红外传感器13。

所述红外测距传感器和超声波传感器共同组成该装置的复合式检测模块。其中红外测距传感器根据红外线从发射模块发出到被物体反射回来被接受模块接受所需要的时间检测被测物之间的距离；超声波传感器根据接收器接到超声波时的时间差和声速计算出测量距离。在距待测物体距离较远的复杂环境中检测时，二者同时开启，并将检测数据传送给控制器，由控制器进行优化处理，进而得出精确的距离测量数据；而在水下或者距待测物体距离较近的环境下测量时，由超声波传感器单独工作，就能够测量出准确的距离信息。

通过设置第一移动组件和第二移动组件共同组成丝杠滑台机构，第一电机驱动第一滑块沿第一丝杠上下移动，第二电机驱动第二滑块沿第二丝杠水平方向移动，实现该装置在水平和垂直方向上的移动，再结合第三电机7的转动，实现传感器固定架全方位运动，即实现超声波传感器2全方测距。当超声波测距传感器工作时，由第三电机7带动传感器固定架1上的超声波传感器2旋转，从而实现超声波传感器360度旋转，达到在该平面内的360度测距的目的。

在本实施例中，所述第一移动组件还包括开设在支架上的两个第一滑槽14，两个第一滑槽14位于第一丝杠2的两侧，且与第一丝杠平行设置，第一滑块上固定设置第一转轴，第一转轴的两端均转动设置有第一滚轮15，第一滚轮15活动式卡设在对应的第一滑槽中，且能够沿第一滑槽滑动。通过设置第一滑槽和第一滚轮，使第一滑块的移动更加平稳，提高结构稳定性，进而提高测量精度。

在本实施例中，所述第二移动组件还包括开设在滑台上的两个第二滑槽16，两个第二滑槽16位于第二丝杠7的两侧，且与第二丝杠平行设置，第二滑块上固定设置第二转轴，第二转轴的两端均转动设置有第二滚轮17，第二滚轮17活动式卡设在对应的第二滑槽16中，且能够沿第二滑槽滑动。通过设置第二滑槽和第二滚轮，使第二滑块的移动更加平稳，提高结构稳定性，进而提高测量精度。

在本实施例中，还包括光栅传感器18，其中，光栅传感器18的标准光栅和指示光栅固定套设第三电机的输出轴上。通过设置光栅传感器，可以确定超声波传感器转过的角度，进而得出超声波传感器的具体位置信息，并将位置信息通过控制器反馈给第一电机、第二电机和第三电机，最后由第一电机、第二电机和第三电机分别对第一滑块、第二滑块和传感器固定架进行调整，达到对红外测距传感器和超声波传感器位置进行实时调整，实现全方位运动的闭环控制，使测量结果更加精确。

在本实施例中，所述第一电机3、第二电机6和电三电机9均为伺服电机，控制精度高。

其具体工作方式为：在测量距离较长且测量环境较复杂时，复合式检测模块全部开启，红外测距传感器13和超声波传感器12同时工作，红外传感器13通过发射红外线和接收红外线反射回来的时间计算测量距离数据，并将所得的数据信息传送给控制器；然后，超声波传感器12根据接收器接到超声波时的时间差和声速计算出测量距离，也将检测到的距离信息传送给控制器，控制器通过内置的算法对接收到的距离信息进行优化分析，从而得出更加精确的距离信息；在复合式检测模块检测过程中，由十字丝杠滑台带动检测模块进行平面移动，由伺服电机带动转轴进行转动，进而实现复合式检测模块的全方位运动，在运动过程中，光栅传感会实时确定复合式检测模块的位置信息，并将位置信息反馈给各电机，最后各电机根据反馈信息进行位置调整，从而使得检测位置更加全面，检测信息更加准确。

在测量距离较短或检测水下环境时，复合式检测模块单独开启超声波传感器，超声波传感器通过发射和接收到的超声波时间差和声速计算测量到的距离数据，同时在测量过程中，由伺服电机带动转轴转动，进而带动超声波测距模块进行旋转，实现超声波测距模块的360度旋转测量；由十字丝杆滑台带动超声波测距模块进行平面移动，结合旋转测量，就可以使该装置进行全方位运动测量；最后将全方位运动测量多次的数据传送给控制器，由控制器内置的芯片对测量的数据进行分析处理，从而得出准确的测量距离信息；在全方位运动测量过程中，光栅传感器会对超声波测距模块的实时位置信息进行采集，并将采集到的信息通过数据采集器反馈给各电机，从而形成闭环控制，使全方位运动更加精准。

本发明中涉及的未说明部分与现有技术相同或采用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种全方位测距装置，其特征在于，包括支架、设置在支架上的第一移动组件和第二移动组件；

所述第一移动组件包括竖直设置在支架上的第一丝杠、第一电机和第一滑块，第一电机与支架固定连接，第一丝杠的一端与第一电机的输出轴连接，第一丝杠的另一端通过轴承与支架转动连接；第一滑块上开设有螺纹通孔，并通过该螺纹通孔套设在第一丝杠上，且与第一丝杠螺纹连接；

所述第二移动组件包括滑台、水平设置的第二丝杠、第二电机和第二滑块，滑台固定在第一滑块上，第二电机固定在滑台上，第二丝杠的一端与第二电机的输出轴固连，另一端通过轴承与滑台转动连接，第二滑块上开设有螺纹通孔，并通过该螺纹通孔套设在第二丝杠上，且与第二丝杠螺纹连接；

所述第二滑块上固定设置有第三电机，第三电机的输出轴为竖直状态，第三电机输出轴上固定设置有传感器固定架，传感器固定架上设置有超声波传感器，第二滑块上设置有红外传感器。

2.根据权利要求1所述的全方位测距装置，其特征在于，所述第一移动组件还包括开设在支架上的两个第一滑槽，两个第一滑槽位于第一丝杠的两侧，且与第一丝杠平行设置，第一滑块上固定设置第一转轴，第一转轴的两端均转动设置有第一滚轮，第一滚轮活动式卡设在对应的第一滑槽中，且能够沿第一滑槽滑动。

3.根据权利要求1或2所述的全方位测距装置，其特征在于，所述第二移动组件还包括开设在滑台上的两个第二滑槽，两个第二滑槽位于第二丝杠的两侧，且与第二丝杠平行设置，第二滑块上固定设置第二转轴，第二转轴的两端均转动设置有第二滚轮，第二滚轮活动式卡设在对应的第二滑槽中，且能够沿第二滑槽滑动。

4.根据权利要求3所述的全方位测距装置，其特征在于，还包括光栅传感器，其中，光栅传感器3的标准光栅和指示光栅固定套设第三电机的输出轴上。

5.根据权利要求4所述的全方位测距装置，其特征在于，所述第一电机、第二电机和电三电机均为伺服电机。