CN112394359A - 一种激光雷达及其一维扫描方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种激光雷达，尤其涉及一种采用舵机带动转动的激光雷达。本申请一种激光雷达，包括激光雷达、舵机、控制器，所述的激光雷达1用于激光测距；所述的舵机2与激光雷达1连接，用于带动激光雷达1转动；所述的控制器3与激光雷达1、舵机2信息连通，用于控制舵机2的工作，接收激光雷达1的数据并处理得出结果。本申请将激光雷达与可转动到指定角度的舵机组合起来，使激光雷达能在舵机带动下在一定角度范围内扫描。激光雷达与舵机简单组合即可实现扫描测量，结构简单，装配成本低，满足扫描测量要求和装配要求。

Description

一种激光雷达及其一维扫描方法
技术领域
本发明申请涉及一种激光雷达，尤其涉及一种采用舵机带动转动的激光雷达以及基于激光雷达的以为扫描方法。
背景技术
目前，关于一维探测和物料体积探测的相关技术有：单线机械式激光雷达、固态面阵激光雷达、单点激光雷达、重量传感器等。其中，单线机械式激光雷达由电机带动单点雷达进行360度转动，需要有角度反馈机构，装配和校准工艺复杂，成本高；固态面阵激光雷达测量精度高，不需要转动，但核心芯片昂贵，数据处理和传输流程复杂，相对于一维扫描的应用而言，成本太高；单点激光雷达只能探测一个特定的位置点，对形状和体积的估计误差太大；重量传感器方案涉及的机械结构复杂，布置实施困难，安装成本和维护成本太高。
发明内容
本申请实施例在于提出一种激光雷达，解决现有雷达装配、维护成本高，结构复杂的问题，为达此目的，本发明申请采用以下技术方案：
一方面，一种激光雷达，包括激光雷达、舵机、控制器，
所述的激光雷达用于激光测距；
所述的舵机与激光雷达连接，用于带动激光雷达转动，改变激光雷达测量角度；
所述的控制器与激光雷达、舵机信息连通，用于控制舵机的工作，接收激光雷达的数据并处理得出结果。
在一种可能的实现方式中，所述的激光雷达转动角度为正负30°，角度分辨率为0.05-0.5°，转动速度为1—5秒/60°。
在一种可能的实现方式中，所述的激光雷达转动角度为正负18°，角度分辨率为0.1-0.3°，转动速度为2—3 秒/60°。
在一种可能的实现方式中，所述的激光雷达为单点激光雷达，所述的控制器为电路板或微处理器。
在一种可能的实现方式中，所述的舵机通过输出轴与激光雷达连接。
在一种可能的实现方式中，所述的舵机还包括供电模块、通信模块，所述的供电模块用于向舵机供电；所述的通信模块用于接收控制器发出的指令。
另一方面，一种基于激光雷达的一维扫描方法，由所述的控制器控制舵机转动，带动激光雷达转动改变测量角度进行测距，控制器根据同一时刻的测量角度与激光雷达的测距值，计算得出被探测物体的一维轮廓和/或被探测物体的体积。
在一种可能的实现方式中，控制器对同一时刻的测量角度、激光雷达的测距值进行统计、计算，设测量角度的集合为[deg1, deg2, … degn]，雷达测距值的集合为[dist1,dist2, … distn]，则被测物体的轮廓为[norm dist1,norm dist2,… norm distj],norm distj= offset – distj * cos(degj)， j = 1,2, … n，其中，offset为根据被测物体的实际位置确定的距离基准。
在一种可能的实现方式中，offset的测定方法为：将雷达安装固定后，以没有物体存在时测量得到的雷达与基准平面的距离为offset。
在一种可能的实现方式中，被测物体的估算体积为volume = ∑norm_distj。
本申请实施例将激光雷达与可转动到指定角度的舵机组合起来，使激光雷达能在舵机带动下在一定角度范围内扫描。激光雷达与舵机简单组合即可实现扫描测量，结构简单，装配成本低，满足扫描测量要求和装配要求。
附图说明
图1是本申请舵机与激光雷达连接示意图。
图2是本申请模块连接示意图。
图3是本申请原理示意图。
图4是本申请测量的目标原始距离示意图。
图5是本申请测量的目标轮廓示意图。
图中：1、激光雷达；2、舵机；3、控制器；4、输出轴。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本申请的技术方案。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本申请实施例
如图1、图2所示，
一种激光雷达，包括激光雷达1、舵机2、控制器3，
所述的激光雷达1用于激光测距；
所述的舵机2与激光雷达1连接，用于带动激光雷达1转动，改变激光雷达测量角度；
所述的控制器3与激光雷达1、舵机2信息连通，用于控制舵机2的工作，接收激光雷达1的数据并处理得出结果。
将激光雷达1与可转动到指定角度的舵机2组合起来，使激光雷达1能在一定角度范围内扫描。本实施例结构简单，同时激光雷达1可以选用低成本、高测量精度的单点激光雷达，满足测量要求和成本要求。
所述的激光雷达1转动角度为正负30°，角度分辨率为0.05-0.5°，转动速度为1—5秒/60°。
转动角度选择上述角度，能够满足对激光雷达1前方目标的测量，刚好为正前方60°范围内的目标。角度分辨率选择上述范围，当激光雷达量程范围10厘米-200厘米时，精度为1厘米，即可满足一般测量需求。转动速度为1—5秒/60°，给控制器3反应时间进行数据处理。
所述的激光雷达1转动角度为正负18°，角度分辨率为0.1-0.3°，转动速度为2—3秒/60°。
在之前转动角度、角度分辨率、转动速度的基础上，进一步优化，精度更高。
所述的激光雷达1为单点激光雷达，所述的控制器3为电路板或微处理器。
单点激光雷达具有测量精度高，且成本较低的优点，但不能对一个面进行扫描，将单点激光雷达与舵机结合，可以对一个面进行扫描，所述的控制器3选用电路板或微处理器，其中电路板数据处理能力差但是成本较低，微处理器数据处理能力好但是成本较高，需根据实际需求选择。
激光雷达1与舵机2通过一输出轴4连接即可实现，结构简单。
所述的舵机2还包括供电模块、通信模块（图中未画出），所述的供电模块用于向舵机2供电；所述的通信模块用于接收控制器3发出的指令。
所述的供电模块选用内置电池或外接电源插口，所述的通信模块选用USB接口或无线通讯装置。
一种基于激光雷达的一维扫描方法，由所述的控制器3控制舵机2转动，带动激光雷达1转动改变测量角度进行测距，控制器3根据同一时刻的测量角度与激光雷达1的测距值，计算得出被探测物体的一维轮廓和/或被探测物体的体积。
控制器3对同一时刻的测量角度、激光雷达1的测距值进行统计、计算，设测量角度为deg，测量角度的集合为[deg1, deg2, … degn]，雷达测距值为dist，测距值的集合为[dist1, dist2, … distn]，测距值的集合如图4所示。被测物体的轮廓为[norm dist1,norm dist2,… norm distj], 其中norm distj= offset–distj * cos(degj)， j = 1,2,… n，其中，offset为根据被测物体的实际位置确定的距离基准，测量出的轮廓如图5所示。通过上述方法，能够通过雷达测距值，一维扫描得到物体的轮廓，通过物体轮廓可以较好的识别物体，如球体、立方体等，控制器计算量小，算法简单。
offset的测定方法为：将激光雷达1安装固定后，以没有物体存在时测量得到的雷达与基准平面的距离为offset。基准平面为测量前预设。
被测物体的估算体积为volume = ∑norm_distj,估算体积为norm_distj的积分。通过测量得到的测距值，可以积分得到被测物体的估算体积，除了进一步识别物体外，也可以在通过轮廓不好识别的情况下，通过体积直接测量。如被测物体为液体时，静止状态下为一水平面，通过轮廓不好识别，通过积分估算体积可以直接测量，判断饲料槽内的水是否低于预设水量，进而提醒人员加水。体积计算的算法简单，计算量小。
以上结合具体实施例描述了本申请的技术原理。这些描述只是为了解释本申请的原理，而不能以任何方式解释为对本申请保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本申请的其它具体实施方式，这些方式都将落入本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光雷达，包括激光雷达、舵机、控制器，
所述的激光雷达用于激光测距；
所述的舵机与激光雷达连接，用于带动激光雷达转动，改变激光雷达测量角度；
所述的控制器与激光雷达、舵机信息连通，用于控制舵机的工作，接收激光雷达的数据并处理得出结果。
2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于所述的激光雷达转动角度为正负30°，角度分辨率为0.05-0.5°，转动速度为1—5秒/60°。
3.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于所述的激光雷达转动角度为正负18°，角度分辨率为0.1-0.3°，转动速度为2—3 秒/60°。
4.根据权利要求3所述的激光雷达，其特征在于所述的激光雷达为单点激光雷达，所述的控制器为电路板或微处理器。
5.根据权利要求4所述的激光雷达，其特征在于所述的舵机通过输出轴与激光雷达连接。
6.根据权利要求5所述的激光雷达，其特征在于所述的舵机还包括供电模块、通信模块，所述的供电模块用于向舵机供电；所述的通信模块用于接收控制器发出的指令。
7.一种基于激光雷达的一维扫描方法，其特征在于，由所述的控制器控制舵机转动，带动激光雷达转动改变测量角度进行测距，控制器根据同一时刻的测量角度与激光雷达的测距值，计算得出被探测物体的一维轮廓和/或被探测物体的体积。
8.根据权利要求7所述的一种基于激光雷达的一维扫描方法，其特征在于，控制器对同一时刻的测量角度、激光雷达的测距值进行统计、计算，设测量角度的集合为[deg1, deg2,… degn]，雷达测距值的集合为[dist1, dist2, … distn]，则被测物体的轮廓为[normdist1,norm dist2,… norm distj], norm distj= offset – distj * cos(degj)， j =1,2, … n，其中，offset为根据被测物体的实际位置确定的距离基准。
9.根据权利要求8所述的一种基于激光雷达的一维扫描方法，其特征在于，offset的测定方法为：将雷达安装固定后，以没有物体存在时测量得到的雷达与基准平面的距离为offset。
10.根据权利要求9所述的一种基于激光雷达的一维扫描方法，其特征在于，被测物体的估算体积为volume = ∑norm_distj。
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