CN112859097B - 一种用于无人机测距避障的激光雷达装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于无人机测距避障的激光雷达装置，属于无人机雷达领域，包括障碍检测机构、驱动机构、调角检测机构、支撑结构，所述驱动机构的表面固定连接有障碍检测机构，所述驱动机构的内侧固定连接有支撑结构，所述支撑结构的表面固定安装有调角检测机构，所述底固环的内侧可滑动式连接有升降环，所述升降环的上表面可转动式连接有联动杆，所述联动杆的一侧末端固定连接有调向转板，所述调向转板的中间位置固定连接有激光信号发射器，所述勘测雷达。本发明可实现，检测的角度进行调整，增加可检测范围，提升精准性，简化驱动结构和安装结构，减小整体尺寸体积，减小对无人机飞行的影响。

Description

一种用于无人机测距避障的激光雷达装置

技术领域

本发明涉及无人机雷达领域，更具体地说，涉及一种用于无人机测距避障的激光雷达装置。

背景技术

近年来无人机市场飞速增长，避障技术作为增加无人机安全飞行的保障也随着技术的发展日新月异。无人机在飞行过程中，通过其传感器收集周边环境的信息，测量距离从而做出相对应的动作指令，从而达到避障的作用，无人机外置式的激光雷达，激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是向目标发射探测信号（激光束）,然后将接收到的从目标反射回来的信号（目标回波）与发射信号进行比较,作适当处理后,就可获得目标的有关信息,如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数。

但外置挂载式雷达，由于其本身的调整和旋转角度有限，容易产生检测死角，同时外置挂载有可能影响无人机飞行的平稳性，使得无人机操控受到不好的影响，使得无人在飞行时，飞行角度产生一定的倾斜容易在落地时磕碰地面，使组件损坏，需要对无人机进行整体进行调整，增加了不必要的麻烦，为减少整体对无人机飞行时的影响，本发明提出一种用于无人机测距避障的激光雷达装置来解决上述问题。

发明内容

1．要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于无人机测距避障的激光雷达装置，它可以实现检测的角度进行调整，增加可检测范围，提升精准性，简化驱动结构和安装结构，减小整体尺寸体积，减小对无人机飞行的影响。

2．技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种用于无人机测距避障的激光雷达装置，包括障碍检测机构、驱动机构、调角检测机构、支撑结构，所述驱动机构的表面固定连接有障碍检测机构，所述驱动机构的内侧固定连接有支撑结构，所述支撑结构的表面固定安装有调角检测机构，所述障碍检测机构包括勘测雷达和信号放射端，所述勘测雷达与信号放射端固定连接，所述信号放射端的底部固定连接有底转盘，所述底转盘的中间位置设置有底固环，所述底固环的内侧可滑动式连接有升降环，所述升降环的上表面可转动式连接有联动杆，所述联动杆的一侧末端固定连接有调向转板，所述调向转板的中间位置固定连接有激光信号发射器。

进一步的，所述调角检测机构包括测距探头、转角固座、转向端、联动转杆、固定铰杆，所述转向端的侧面固定连接有转角固座，所述转角固座的外侧面固定连接有测距探头，所述转向端的顶侧末端铰接有联动转杆，所述联动转杆的另一端铰接有固定铰杆。

进一步的，所述转向端内侧面可转动式连接有滑动杆，所述滑动杆的外侧可滑动式连接有滑动端板，所述滑动端板与勘测雷达可转动式连接，所述滑动杆的另一侧末端固定连接有供电端。

进一步的，所述支撑结构包括滑动杆和供电端，所述滑动杆与供电端固定连接，供电端的内部固定连接有供电电源，所述供电电源的侧面螺纹连接有处理控制板。

进一步的，所述供电端的一侧面固定连接有无人机固板，所述无人机固板表面开设有安装孔，且安装孔设置有四组，所述无人机固板的两端侧面固定连接有辅助滑动片，所述滑动端板的另一侧表面固定连接有支撑滑轨，所述支撑滑轨与辅助滑动片之间构成滑动结构，所述滑动端板的另一侧面开设有雷达端口，所述雷达端口的内侧边缘开设有阻挡转轨，所述阻挡转轨由两个半圆长槽组成，所述雷达端口的内侧设置有底转盘，所述底转盘的外侧固定连接有阻挡凸起，所述阻挡凸起与阻挡转轨滑动连接。

进一步的，所述驱动机构包括驱动电机、联轴杆、转轴齿轮、锥形齿轮、转轮齿轮、转杆滚轮，所述驱动机构的内部固定连接有驱动电机，所述驱动电机的末端输出轴固定连接有电机齿轮，所述电机齿轮的侧面啮合连接有转轴齿轮，所述转轴齿轮的中间位置固定连接有联轴杆，所述联轴杆的两端与滑动端板可转动式固定连接，所述滑动端板的内部中间位置固定安装有调节电机。

进一步的，所述联轴杆的两侧末端固定连接有锥形齿轮，所述锥形齿轮的底侧面啮合连接有转轮齿轮，所述转轮齿轮的底侧固定连接有转杆滚轮，所述转杆滚轮与滑动端板转动连接，所述转杆滚轮的外侧与滑动杆的外侧形状相吻合。

进一步的，所述信号放射端的外表面固定连接有折射镜片，所述所述信号放射端的底侧外表面开设有接收端口，所述信号放射端的内部固定安装有激光感应器，所述升降环的内侧面可旋转式螺纹连接有螺纹杆，所述升降环的顶端与底固环可转动式螺纹连接，所述螺纹杆末端与调节电机输出轴可滑动式销接连接，所述底固环与底转盘固定连接，所述升降环的外侧底端设置有内花键，所述底固环的内侧面设置有内花键，所述螺纹杆的外侧面开设有球槽，所述底固环的底面固定连接有弹性卡球，所述弹性卡球与球槽构成卡合结构，所述弹性卡球主要由弹簧和滚球组成，所述弹性卡球的外侧套设有滑动套管。

3．有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

（1）本方案，整体通过调整测距探头的倾斜仰角，并通过仰角数据与无人机所在高度来推算无人机前方的距离，以便于在测量和检测前方存在障碍物时，能够及时规避。

（2）本方案，通过驱动结构带动侦测雷达旋转的方式，便于调整侦测的方向，障碍检测机构以十字方式设置，以防止侦测方向出现死角，旋转调整侦测更能提升侦测障碍物的精准度。

（3）本方案，通过支撑结构及滑动端板的移动，让其在调整前后侦测位置的同时，推动滑动方式推动前端结构来调整，通过驱动带动两处结构运作，可简化整体驱动结构，降低制成成本减轻重量。

（4）本方案，通过结构的一侧作为连接无人机与雷达组件的结构，使得根据使用需要来选择拆卸和安装，同时改结构起到辅助滑动的作用，其上述结构的另一侧作为雷达调整转动角度的结构，使得发射激光遇到周围障碍物反射回的光能够被激光感应器感应到，通过调节激光发射方向增加可侦测范围。

附图说明

图1为本发明的正面立体结构示意图；

图2为本发明的无人机固板结构示意图；

图3为本发明的雷达端口结构示意图；

图4为本发明的供电端内部结构示意图；

图5为本发明图3的局部剖视图；

图6为本发明的勘测雷达内部结构示意图；

图7为本发明的底固环结构示意图。

图中标号说明：

1、测距探头；2、转角固座；3、转向端；4、联动转杆；5、固定铰杆；6、滑动杆；7、滑动端板；8、勘测雷达；9、信号放射端；10、供电端；11、无人机固板；12、安装孔；13、辅助滑动片；14、支撑滑轨；15、雷达端口；16、阻挡转轨；17、调节电机；18、供电电源；19、处理控制板；20、驱动电机；21、联轴杆；22、转轴齿轮；23、锥形齿轮；24、转轮齿轮；25、转杆滚轮；26、调向转板；27、激光信号发射器；28、联动杆；29、升降环；30、螺纹杆；31、折射镜片；32、接收端口；33、底转盘；34、激光感应器；35、阻挡凸起；36、底固环；37、弹性卡球。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1及图6，一种用于无人机测距避障的激光雷达装置，包括障碍检测机构、驱动机构、调角检测机构、支撑结构，驱动机构的表面固定连接有障碍检测机构，驱动机构的内侧固定连接有支撑结构，支撑结构的表面固定安装有调角检测机构，障碍检测机构包括勘测雷达8和信号放射端9，勘测雷达8与信号放射端9固定连接，信号放射端9的底部固定连接有底转盘33，底转盘33的中间位置设置有底固环36，底固环36的内侧可滑动式连接有升降环29，升降环29的上表面可转动式连接有联动杆28，联动杆28的一侧末端固定连接有调向转板26，调向转板26的中间位置固定连接有激光信号发射器27。

请参阅图1，调角检测机构包括测距探头1、转角固座2、转向端3、联动转杆4、固定铰杆5，转向端3的侧面固定连接有转角固座2，转角固座2的外侧面固定连接有测距探头1，转向端3的顶侧末端铰接有联动转杆4，联动转杆4的另一端铰接有固定铰杆5，整体通过调整测距探头1的倾斜仰角，并通过仰角数据与无人机所在高度来推算无人机前方的距离，以便于在测量和检测前方存在障碍物时，能够及时规避。

请参阅图1，转向端3内侧面可转动式连接有滑动杆6，滑动杆6的外侧可滑动式连接有滑动端板7，滑动端板7与勘测雷达8可转动式连接，滑动杆6的另一侧末端固定连接有供电端10，作为整体的主要支撑框架固定各部位主要零部件，同时作为部分零部件的零部件的滑动轨道进行使用。

请参阅图1、图4，支撑结构包括滑动杆6和供电端10，滑动杆6与供电端10固定连接，供电端10的内部固定连接有供电电源18，供电电源18的侧面螺纹连接有处理控制板19，通过后置电源的方式减少不必要的固定线路连接，同时降低线路连接所带来的电能损耗，进一步与前端结构重量相平衡。

请参阅图2、图3、图6，供电端10的一侧面固定连接有无人机固板11，无人机固板11表面开设有安装孔12，且安装孔12设置有四组，无人机固板11的两端侧面固定连接有辅助滑动片13，滑动端板7的另一侧表面固定连接有支撑滑轨14，支撑滑轨14与辅助滑动片13之间构成滑动结构，滑动端板7的另一侧面开设有雷达端口15，雷达端口15的内侧边缘开设有阻挡转轨16，阻挡转轨16由两个半圆长槽组成，雷达端口15的内侧设置有底转盘33，底转盘33的外侧固定连接有阻挡凸起35，阻挡凸起35与阻挡转轨16滑动连接，其上述结构的一侧作为连接无人机与雷达组件的结构，使得根据使用需要来选择拆卸和安装，同时改结构起到辅助滑动的作用，其上述结构的另一侧作为雷达调整转动角度的结构。

请参阅图5、图6，驱动机构包括驱动电机20、联轴杆21、转轴齿轮22、锥形齿轮23、转轮齿轮24、转杆滚轮25，驱动机构的内部固定连接有驱动电机20，驱动电机20的末端输出轴固定连接有电机齿轮，电机齿轮的侧面啮合连接有转轴齿轮22，转轴齿轮22的中间位置固定连接有联轴杆21，联轴杆21的两端与滑动端板7可转动式固定连接，滑动端板7的内部中间位置固定安装有调节电机17，整体作为雷达转动的驱动组件，驱动雷达结构进行转动，并对检测探头的角度调整驱动，同时对激光投射的角度调整进行驱动的作用。

请参阅图5、图6，联轴杆21的两侧末端固定连接有锥形齿轮23，锥形齿轮23的底侧面啮合连接有转轮齿轮24，转轮齿轮24的底侧固定连接有转杆滚轮25，转杆滚轮25与滑动端板7转动连接，转杆滚轮25的外侧与滑动杆6的外侧形状相吻合。

请参阅图6、图7，信号放射端9的外表面固定连接有折射镜片31，信号放射端9的底侧外表面开设有接收端口32，信号放射端9的内部固定安装有激光感应器34，升降环29的内侧面可旋转式螺纹连接有螺纹杆30，升降环29的顶端与底固环36可转动式螺纹连接，螺纹杆30末端与调节电机17输出轴可滑动式销接连接，底固环36与底转盘33固定连接，升降环29的外侧底端设置有内花键，底固环36的内侧面设置有内花键，螺纹杆30的外侧面开设有球槽，底固环36的底面固定连接有弹性卡球37，弹性卡球37与球槽构成卡合结构，弹性卡球37主要由弹簧和滚球组成，弹性卡球37的外侧套设有滑动套管，其上述结构中折射镜片31可将激光光线折射扩散，通过螺纹杆30转动带动其他结构来实现激光信号发射器27朝向角度的调整。

在使用时：在运作时，通过驱动机构驱动滑动端板7在滑动杆6上滑动，当滑动端板7向一侧移动时，通前端连接的联动转杆4与固定铰杆5转动结构来改变测距探头1的转动角度，当滑动端板7内部的调节电机17工作时，通过输出轴驱动连接的螺纹杆30转动，由于螺纹杆30与底固环36螺纹连接，使得此时，螺纹杆30与底固环36通过底转盘33移动转动，当底转盘33外侧阻挡凸起35通过旋转的方式与阻挡转轨16滑动，当阻挡凸起35位移至阻挡转轨16末端时，螺纹杆30持续转动，此时底固环36受到阻挡不再转动，同时底固环36底侧的弹性卡球37由于受到阻力较大，不再与螺纹杆30卡合，使得螺纹杆30与调节电机17通过销接，能够实现上下滑动，也能实现同轴旋转，使得螺纹杆30转动与升降环29螺纹连接，让升降环29上升或下降，随后通过联动杆28调节调向转板26转动，调整激光的偏转角度，使激光反射回激光感应器34即可。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于无人机测距避障的激光雷达装置，包括障碍检测机构、驱动机构、调角检测机构、支撑结构，其特征在于：

所述驱动机构的表面固定连接有障碍检测机构，所述驱动机构的内侧固定连接有支撑结构，所述支撑结构的表面固定安装有调角检测机构，所述障碍检测机构包括勘测雷达（8）和信号放射端（9），所述勘测雷达（8）与信号放射端（9）固定连接，所述信号放射端（9）的底部固定连接有底转盘（33），所述底转盘（33）的中间位置设置有底固环（36），所述底固环（36）的内侧可滑动式连接有升降环（29），所述升降环（29）的上表面可转动式连接有联动杆（28），所述联动杆（28）的一侧末端固定连接有调向转板（26），所述调向转板（26）的中间位置固定连接有激光信号发射器（27）；

所述驱动机构包括驱动电机（20）、联轴杆（21）、转轴齿轮（22）、锥形齿轮（23）、转轮齿轮（24）、转杆滚轮（25），所述驱动机构的内部固定连接有驱动电机（20），所述驱动电机（20）的末端输出轴固定连接有电机齿轮，所述电机齿轮的侧面啮合连接有转轴齿轮（22），所述转轴齿轮（22）的中间位置固定连接有联轴杆（21），所述联轴杆（21）的两端与滑动端板（7）可转动式固定连接，所述滑动端板（7）的内部中间位置固定安装有调节电机（17）；

所述信号放射端（9）的外表面固定连接有折射镜片（31），所述信号放射端（9）的底侧外表面开设有接收端口（32），所述信号放射端（9）的内部固定安装有激光感应器（34），所述升降环（29）的内侧面可旋转式螺纹连接有螺纹杆（30），所述升降环（29）的顶端与底固环（36）可转动式螺纹连接，所述螺纹杆（30）末端与调节电机（17）输出轴可滑动式销接连接，所述底固环（36）与底转盘（33）固定连接，所述升降环（29）的外侧底端设置有内花键，所述底固环（36）的内侧面设置有内花键，所述螺纹杆（30）的外侧面开设有球槽，所述底固环（36）的底面固定连接有弹性卡球（37），所述弹性卡球（37）与球槽构成卡合结构，所述弹性卡球（37）主要由弹簧和滚球组成，所述弹性卡球（37）的外侧套设有滑动套管。

2.根据权利要求1所述的一种用于无人机测距避障的激光雷达装置，其特征在于：所述调角检测机构包括测距探头（1）、转角固座（2）、转向端（3）、联动转杆（4）、固定铰杆（5），所述转向端（3）的侧面固定连接有转角固座（2），所述转角固座（2）的外侧面固定连接有测距探头（1），所述转向端（3）的顶侧末端铰接有联动转杆（4），所述联动转杆（4）的另一端铰接有固定铰杆（5）。

3.根据权利要求2所述的一种用于无人机测距避障的激光雷达装置，其特征在于：所述转向端（3）内侧面可转动式连接有滑动杆（6），所述滑动杆（6）的外侧可滑动式连接有滑动端板（7），所述滑动端板（7）与勘测雷达（8）可转动式连接，所述滑动杆（6）的另一侧末端固定连接有供电端（10）。

4.根据权利要求3所述的一种用于无人机测距避障的激光雷达装置，其特征在于：所述支撑结构包括滑动杆（6）和供电端（10），所述滑动杆（6）与供电端（10）固定连接，供电端（10）的内部固定连接有供电电源（18），所述供电电源（18）的侧面螺纹连接有处理控制板（19）。

5.根据权利要求4所述的一种用于无人机测距避障的激光雷达装置，其特征在于：所述供电端（10）的一侧面固定连接有无人机固板（11），所述无人机固板（11）表面开设有安装孔（12），且安装孔（12）设置有四组，所述无人机固板（11）的两端侧面固定连接有辅助滑动片（13），所述滑动端板（7）的另一侧表面固定连接有支撑滑轨（14），所述支撑滑轨（14）与辅助滑动片（13）之间构成滑动结构，所述滑动端板（7）的另一侧面开设有雷达端口（15），所述雷达端口（15）的内侧边缘开设有阻挡转轨（16），所述阻挡转轨（16）由两个半圆长槽组成，所述雷达端口（15）的内侧设置有底转盘（33），所述底转盘（33）的外侧固定连接有阻挡凸起（35），所述阻挡凸起（35）与阻挡转轨（16）滑动连接。

6.根据权利要求1所述的一种用于无人机测距避障的激光雷达装置，其特征在于：所述联轴杆（21）的两侧末端固定连接有锥形齿轮（23），所述锥形齿轮（23）的底侧面啮合连接有转轮齿轮（24），所述转轮齿轮（24）的底侧固定连接有转杆滚轮（25），所述转杆滚轮（25）与滑动端板（7）转动连接，所述转杆滚轮（25）的外侧与滑动杆（6）的外侧形状相吻合。

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