CN111854706A - 一种三维激光扫描仪及其三维扫描架构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维激光扫描仪及其三维扫描架构，涉及三维激光扫描仪技术领域，包括扫描仪本体，扫描仪本体安装在行走机构上；扫描仪本体上设有安装槽，安装槽内设有上广角相机和下广角相机；行走机构包括车架底盘，车架底盘的两侧设有履带轮，车架底盘的上设有旋转台，旋转台上固定设有载台，载台上以转动的方式连接有伸缩台，扫描仪本体固定在伸缩台的输出端上；车架底盘的一端固定设有用于控制行走机构的控制箱，车架底盘的底部固定设有电池组。本发明可在无作业人员的情况下进行扫描作业，提高扫描的工作效率，适应狭小危险的空间作业，提高了操作人员的安全性。在提高了扫描效率的同时也提高了扫描精度和成像的效果。

Description

一种三维激光扫描仪及其三维扫描架构

技术领域

本发明属于三维激光扫描仪技术领域，具体涉及一种三维激光扫描仪及其三维扫描架构。

背景技术

三维激光扫描技术又被称为实景复制技术，是测绘领域继GPS技术之后的一次技术革命。它突破了传统的单点测量方法，具有高效率、高精度的独特优势。三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据，因此可以用于获取高精度高分辨率的数字地形模型。

三维激光扫描仪在工作时，一般会采用三脚架辅助扫描，这样就导致传统的三维激光扫描仪搬运比较繁琐，工作效率低，无法实现远程扫描作业，尤其是一些极其恶劣的隧道环境中，作业人员无法进入扫描，这样就给扫描带来困难。

另外，传统的三维激光扫描仪通过人工操作扫描很难构成连贯的三维空间。为此，我们提出了一种三维激光扫描仪及其三维扫描架构。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种三维激光扫描仪及其三维扫描架构。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

设计一种三维激光扫描仪及其三维扫描架构，包括扫描仪本体，所述扫描仪本体安装在行走机构上；

所述扫描仪本体上设有安装槽，所述安装槽内以转动的方式对称设有上广角相机和下广角相机；

所述上广角相机和下广角相机的两侧通过转轴固定在安装槽的侧部，上广角相机和下广角相机的转轴之间设有扫描角度调节机构；

所述行走机构包括车架底盘，所述车架底盘的两侧设有用于行走的履带轮，车架底盘上固定设有安装座，所述安装座上固定设有旋转台，所述旋转台上固定设有载台，所述载台上以转动的方式连接有伸缩台，所述扫描仪本体固定在伸缩台的输出端上；

所述车架底盘的一端固定设有用于控制行走机构的控制箱，所述车架底盘的底部固定设有为扫描仪本体和行走机构供电的电池组。

进一步的，所述扫描角度调节机构包括两个半圆结构的异形齿轮，两个异形齿轮分别固定在上广角相机和下广角相机的转轴上，两个异形齿轮对称设置，所述扫描仪本体的一侧固定设有伺服电机，所述伺服电机的输出端上固定设有主动齿轮，所述主动齿轮用于驱动两侧的异形齿轮同步相应转动。

进一步的，所述履带轮的一端安装有用于独立驱动履带轮转动的行走驱动电机，所述行走驱动电机由所述控制箱控制工作。

进一步的，所述旋转台包括固定板、轴承和齿轮盘，所述固定板通过螺栓固定安装在安装座上，所述齿轮盘固定在所述载台的底部，所述轴承固定设置在齿轮盘与固定板之间，所述轴承采用推力球轴承，推力球轴承的上座圈固定在齿轮盘上，推力球轴承的下座圈固定在安装座上，所述齿轮盘的一侧设有旋转驱动装置，所述旋转驱动装置以往复360度的形式驱动旋转台转动。

进一步的，所述旋转驱动装置包括旋转驱动电机，所述旋转驱动电机固定在车架底盘上，且由控制箱控制工作，所述旋转驱动电机的输出端设有减速箱，所述减速箱的输出端固定设有输出齿轮，所述输出齿轮与所述齿轮盘相啮合。

进一步的，所述伸缩台包括伸缩外管和伸缩内管，所述伸缩外管套设在伸缩内管的外部，所述伸缩外管的底部通过第一连接座固定在载台上，所述伸缩内管的顶部用于固定安装所述扫描仪本体，所述伸缩外管和伸缩内管内部设有用于推动伸缩内管进行伸缩的第一直线伸缩机构，所述伸缩外管的一侧设有第二直线伸缩机构，所述第二直线伸缩机构的一端通过第二连接座固定在伸缩外管上，另一端通过第三连接座固定在载台上。

进一步的，所述第一直线伸缩机构和第二直线伸缩机构为电动伸缩杆，由所述控制箱控制工作。

进一步的，所述扫描仪本体上还设有用于密封安装槽的盖板，所述盖板的两侧设有凸条，所述扫描仪本体的两侧设有用于卡接凸条的卡槽。

进一步的，所述控制箱内部设有用于接收指令的无线接收模块，无线接收模块通过无线网络与控制端进行通信连接。

本发明提出的一种三维激光扫描仪及其三维扫描架构，有益效果在于：

(1)、本发明通过可远程操作的行走机构进行远程操控扫描，可在无作业人员的情况下进行扫描作业，提高扫描的工作效率，适应狭小危险的空间作业，提高了操作人员的安全性。

(2)、本发明采用双广角相机，有效提高了扫描效率，同时也提高了扫描精度和成像的效果了。

(3)、本发明通过控制箱控制匀速控制旋转台转动的情况下，可采集到连贯的三维空间扫描图，提高了三维成像的品质。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是图1中关于点A的放大示意图；

图3是本发明的内部结构示意图；

图4是本发明中关于旋转台的内部结构示意图；

图5是本发明关于伸缩台收起后的结构示意图；

图6是本发明关于行走机构的立体结构示意图。

图中标记为：车架底盘1、安装座11、履带轮12、行走驱动电机13、控制箱14、电池组1、旋转台2、固定板21、轴承22、齿轮盘23、24、载台3、第一直线伸缩机构4、伸缩外管41、伸缩内管42、第一连接座43、扫描仪本体5、安装槽50、转轴51、上广角相机52、下广角相机53、盖板54、卡槽55、凸条56、伺服电机57、异形齿轮58、主动齿轮59、第二直线伸缩机构6、第二连接座61、第三连接座62、旋转驱动电机7、减速箱8、输出齿轮9。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。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。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设有”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

现结合说明书附图，详细说明本发明的结构特点。

参见图1-6，一种三维激光扫描仪及其三维扫描架构，包括扫描仪本体5，扫描仪本体5安装在行走机构上，行走机构用于带动扫描仪本体5进行移动式三维扫描作业，可行走的扫描作业实现无人扫描作业的同时也更加适应恶劣环境的扫描。

扫描仪本体5上设有安装槽50，安装槽50内以转动的方式对称设有上广角相机52和下广角相机53，扫描仪本体5上还设有用于密封安装槽50的盖板54，盖板54的两侧设有凸条56，扫描仪本体5的两侧设有用于卡接凸条56的卡槽55，在不进行扫描作业时，通过盖板54可将上广角相机52和下广角相机53密封在安装槽50内，可有效避免空气中的灰尘对上广角相机52和下广角相机53的镜面造成污染。

上广角相机52和下广角相机53的两侧通过转轴51固定在安装槽50的侧部，上广角相机52和下广角相机53的转轴51之间设有扫描角度调节机构；扫描角度调节机构可同步驱动上广角相机52和下广角相机53相向转动，用于对物体进行扫描，上广角相机52和下广角相机53的扫描路径可进行对接扫描也可交叉扫描，在对接扫描的过程中，上广角相机52用于扫描物体上半部，下广角相机53用于扫描下半部，后台处理器会将上广角相机52和下广角相机53扫描的图像拼接到一起，组合成一个完整的扫描图像，这样有利提高扫描的效率，在进行交叉扫描过程中上广角相机52和下广角相机53均扫描物体整体，然后经过后台处理器进行融合两张扫描图像，提高扫描的画面质量

扫描角度调节机构包括两个半圆结构的异形齿轮58，两个异形齿轮58分别固定在上广角相机52和下广角相机53的转轴51上，两个异形齿轮58对称设置，扫描仪本体5的一侧固定设有伺服电机57，伺服电机57的输出端上固定设有主动齿轮59，主动齿轮59用于驱动两侧的异形齿轮58同步相应转动。

行走机构包括车架底盘1，车架底盘1的两侧设有用于行走的履带轮12，履带轮12的一端安装有用于独立驱动履带轮12转动的行走驱动电机13，行走驱动电机13由控制箱14控制工作，车架底盘1上固定设有安装座11，安装座11上固定设有旋转台2，旋转台2上固定设有载台3，载台3上以转动的方式连接有伸缩台，扫描仪本体5固定在伸缩台的输出端上，旋转台2用于扫描仪本体1进行360度环绕扫描，扫描出连贯的三维空间图，伸缩台用于扫描仪本体5的升降，适应不用高度空间的扫描。

旋转台2包括固定板21、轴承22和齿轮盘23，固定板21通过螺栓固定安装在安装座11上，齿轮盘23固定在载台3的底部，轴承22固定设置在齿轮盘23与固定板21之间，轴承22采用推力球轴承，推力球轴承的上座圈固定在齿轮盘23上，推力球轴承的下座圈固定在安装座11上，齿轮盘23的一侧设有旋转驱动装置，旋转驱动装置以往复360度的形式驱动旋转台2转动,这样可实现上广角相机52和下广角相机53实现360度旋转扫描，行走机构行走到一个位置后，旋转台2旋转360实现周向上的全景扫描。

旋转驱动装置包括旋转驱动电机7，旋转驱动电机7固定在车架底盘1上，且由控制箱14控制工作，旋转驱动电机7的输出端设有减速箱8，减速箱8的输出端固定设有输出齿轮9，输出齿轮9与齿轮盘23相啮合，旋转驱动电机7通过输出齿轮9驱动齿轮盘23转动，实现旋转台2的转动。

伸缩台包括伸缩外管41和伸缩内管42，伸缩外管41套设在伸缩内管42的外部，伸缩外管41的底部通过第一连接座43固定在载台3上，伸缩内管42的顶部用于固定安装扫描仪本体5，伸缩外管41和伸缩内管42内部设有用于推动伸缩内管42进行伸缩的第一直线伸缩机构4，第一直线伸缩机构4可推动伸缩内管42伸出，实现扫描仪本体5的升降，对不同高度的物体进行扫描，伸缩外管41的一侧设有第二直线伸缩机构6，第二直线伸缩机构6的一端通过第二连接座61固定在伸缩外管41上，另一端通过第三连接座62固定在载台3上，第二直线伸缩机构6用于将扫描仪本体5以及伸缩外管41降下，使整体结构的重心下移，有利行走机构的行走。

第一直线伸缩机构4和第二直线伸缩机构6为电动伸缩杆，由控制箱14控制工作。

车架底盘1的一端固定设有用于控制行走机构的控制箱14，车架底盘1的底部固定设有为扫描仪本体5和行走机构供电的电池组1，控制箱14内部设有用于接收指令的无线接收模块，无线接收模块通过无线网络与控制端进行通信连接，控制端可为无线遥控器，用于远程遥控行走机构、旋转驱动装置、扫描仪本体5、第一直线伸缩机构4和第二直线伸缩机构6。

本发明的三维激光扫描仪及其三维扫描架构，本发明通过可远程操作的行走机构进行远程操控扫描，可在无作业人员的情况下进行扫描作业，提高扫描的工作效率，适应狭小危险的空间作业，提高了操作人员的安全性。采用双广角相机，有效提高了扫描效率，同时也提高了扫描精度和成像的效果了。同时，通过控制箱控制匀速控制旋转台转动的情况下，可采集到连贯的三维空间扫描图，提高了三维成像的品质。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种三维激光扫描仪及其三维扫描架构，包括扫描仪本体(5)，其特征在于，所述扫描仪本体(5)安装在行走机构上；

所述扫描仪本体(5)上设有安装槽(50)，所述安装槽(50)内以转动的方式对称设有上广角相机(52)和下广角相机(53)；

所述上广角相机(52)和下广角相机(53)的两侧通过转轴(51)固定在安装槽(50)的侧部，上广角相机(52)和下广角相机(53)的转轴(51)之间设有扫描角度调节机构；

所述行走机构包括车架底盘(1)，所述车架底盘(1)的两侧设有用于行走的履带轮(12)，车架底盘(1)上固定设有安装座(11)，所述安装座(11)上固定设有旋转台(2)，所述旋转台(2)上固定设有载台(3)，所述载台(3)上以转动的方式连接有伸缩台，所述扫描仪本体(5)固定在伸缩台的输出端上；

所述车架底盘(1)的一端固定设有用于控制行走机构的控制箱(14)，所述车架底盘(1)的底部固定设有为扫描仪本体(5)和行走机构供电的电池组(1)。

2.根据权利要求1所述的一种三维激光扫描仪及其三维扫描架构，其特征在于，所述扫描角度调节机构包括两个半圆结构的异形齿轮(58)，两个异形齿轮(58)分别固定在上广角相机(52)和下广角相机(53)的转轴(51)上，两个异形齿轮(58)对称设置，所述扫描仪本体(5)的一侧固定设有伺服电机(57)，所述伺服电机(57)的输出端上固定设有主动齿轮(59)，所述主动齿轮(59)用于驱动两侧的异形齿轮(58)同步相应转动。

3.根据权利要求1所述的一种三维激光扫描仪及其三维扫描架构，其特征在于，所述履带轮(12)的一端安装有用于独立驱动履带轮(12)转动的行走驱动电机(13)，所述行走驱动电机(13)由所述控制箱(14)控制工作。

4.根据权利要求1所述的一种三维激光扫描仪及其三维扫描架构，其特征在于，所述旋转台(2)包括固定板(21)、轴承(22)和齿轮盘(23)，所述固定板(21)通过螺栓固定安装在安装座(11)上，所述齿轮盘(23)固定在所述载台(3)的底部，所述轴承(22)固定设置在齿轮盘(23)与固定板(21)之间，所述轴承(22)采用推力球轴承，推力球轴承的上座圈固定在齿轮盘(23)上，推力球轴承的下座圈固定在安装座(11)上，所述齿轮盘(23)的一侧设有旋转驱动装置，所述旋转驱动装置以往复360度的形式驱动旋转台(2)转动。

5.根据权利要求4所述的一种三维激光扫描仪及其三维扫描架构，其特征在于，所述旋转驱动装置包括旋转驱动电机(7)，所述旋转驱动电机(7)固定在车架底盘(1)上，且由控制箱(14)控制工作，所述旋转驱动电机(7)的输出端设有减速箱(8)，所述减速箱(8)的输出端固定设有输出齿轮(9)，所述输出齿轮(9)与所述齿轮盘(23)相啮合。

6.根据权利要求1所述的一种三维激光扫描仪及其三维扫描架构，其特征在于，所述伸缩台包括伸缩外管(41)和伸缩内管(42)，所述伸缩外管(41)套设在伸缩内管(42)的外部，所述伸缩外管(41)的底部通过第一连接座(43)固定在载台(3)上，所述伸缩内管(42)的顶部用于固定安装所述扫描仪本体(5)，所述伸缩外管(41)和伸缩内管(42)内部设有用于推动伸缩内管(42)进行伸缩的第一直线伸缩机构(4)，所述伸缩外管(41)的一侧设有第二直线伸缩机构(6)，所述第二直线伸缩机构(6)的一端通过第二连接座(61)固定在伸缩外管(41)上，另一端通过第三连接座(62)固定在载台(3)上。

7.根据权利要求6所述的一种三维激光扫描仪及其三维扫描架构，其特征在于，所述第一直线伸缩机构(4)和第二直线伸缩机构(6)为电动伸缩杆，由所述控制箱(14)控制工作。

8.根据权利要求6所述的一种三维激光扫描仪及其三维扫描架构，其特征在于，所述扫描仪本体(5)上还设有用于密封安装槽(50)的盖板(54)，所述盖板(54)的两侧设有凸条(56)，所述扫描仪本体(5)的两侧设有用于卡接凸条(56)的卡槽(55)。

9.根据权利要求6所述的一种三维激光扫描仪及其三维扫描架构，其特征在于，所述控制箱(14)内部设有用于接收指令的无线接收模块，无线接收模块通过无线网络与控制端进行通信连接。

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