CN116184395A - 一种空间信息探测装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空间信息探测装置及控制方法，包括底座、主控模块、测距模块和转动机构，测距模块和底座的尾部固定连接，用于测量底座的移动距离和通过测量得到的移动距离触发主控模块上设置的激光雷达和底座上设置的探地雷达采集数据信息，主控模块固定安装于底座顶部，用于接收数据信息和控制底座的移动，转动机构与底座的前端底部固定连接，用于接收到的电平信号，带动底座或主控模块转动。解决了现有的空间信息探测装置缺乏自动旋转的功能，受探地雷达电磁波发射覆盖的限制，要获取某一探测点对应的方位地下空间信息，还需人为转动探地雷达方向，且无法精准控制旋转角度，降低了空间信息探测装置的可靠性的技术问题。

Description

一种空间信息探测装置及控制方法

技术领域

本发明涉及空间信息探测技术领域，尤其涉及一种空间信息探测装置及控制方法。

背景技术

探地雷达是目前空间信息探测的主要工具，可用于检测各种材料，如岩石、泥土、砾石，以及人造材料如混凝土、砖、沥青等的组成，雷达可确定金属或非金属管道、下水道、缆线、缆线管道、孔洞、基础层、混凝土中的钢筋及其它地下埋件的位置，它还可检测不同岩层的深度和厚度，并常用于地面作业开工前对地面作一个广泛的调查在使用时通常都是安装在小推车上使用。

现有的空间信息探测装置主要由车架、车轮和雷达组成，缺乏自动旋转的功能，受探地雷达电磁波发射覆盖的限制，要获取某一探测点对应的方位地下空间信息，还需人为转动探地雷达方向，且无法精准控制旋转角度，降低了空间信息探测装置的可靠性。

发明内容

本发明提供了一种空间信息探测装置及控制方法，解决了现有的空间信息探测装置主要由车架、车轮和雷达组成，缺乏自动旋转的功能，受探地雷达电磁波发射覆盖的限制，要获取某一探测点对应的方位地下空间信息，还需人为转动探地雷达方向，且无法精准控制旋转角度，降低了空间信息探测装置的可靠性的技术问题。

本发明提供的一种空间信息探测装置，包括底座、主控模块、测距模块和转动机构；

所述测距模块与所述底座的尾端固定连接，用于测量所述底座的移动距离和触发所述主控模块上设置的激光雷达和所述底座上设置的探地雷达采集数据信息；

所述主控模块固定安装于所述底座的顶部，用于接收所述数据信息和控制所述底座的移动；

所述转动机构与所述底座的前端底部固定连接，用于响应接收到的电平信号，带动所述底座或所述主控模块转动。

可选地，所述底座包括底板、车轮、驱动电机、传送带和屏蔽罩；

所述车轮固定安装于所述底板的四角处；

所述驱动电机固定安装于所述底板的中间部位；

所述驱动电机与所述车轮通过所述传送带机械连接，用于响应控制信号，通过所述传送带带动所述车轮转动；

所述屏蔽罩安装于所述底板正上方，用于屏蔽所述驱动电机运作时产生的强电磁场。

可选地，所述测距模块包括测距全向轮和测距传感器；

所述测距全向轮固定安装于所述底座后端中心，用于探测所述底座移动时的行径；

所述测距传感器固定安装于所述测距全向轮右下方，用于采集所述测距全向轮的转动距离；

判断所述转动距离是否大于或等于触发阈值；

若所述转动距离大于或等于所述触发阈值，则通过所述主控模块发送采集信号至所述探地雷达和所述激光雷达。

可选地，所述探地雷达包括高频电磁脉冲发射元件、高频电磁脉冲接收元件和脉冲发生器外盒；

所述脉冲发生器外盒固定安装于所述底座前端中心；

所述高频电磁脉冲发射元件和高频电磁脉冲接收元件固定安装于所述脉冲发生器外盒内；

所述高频电磁脉冲发射元件，用于响应接收到所述采集信号，向地下发射高频电磁脉冲；

所述高频电磁脉冲接收元件，用于接收所述地下反射产生的反射回波信号。

可选地，所述转动机构包括底座上盖板、下半转盘、上半转盘；

所述底座上盖板固定安装于所述底座顶面；

所述下半转盘固定安装于所述底座上盖板上，且所述下半转盘与所述上半转盘滑动连接。

可选地，所述转动机构还包括电滑环下半支撑件、电滑环上半支撑件、驱动连接块、舵机和电滑环；

所述电滑环通过所述电滑环下半支撑件和所述电滑环上半支撑件固定安装于所述底座上盖板上；

所述舵机固定安装于所述电滑环上半支撑件，且所述舵机与所述驱动连接块电性连接。

可选地，所述主控模块包括主控模块壳体、电池、驱动器、主控电路板和激光雷达；

所述主控模块壳体固定安装于所述上半转盘上；

所述主控电路板固定安装于所述主控模块壳体内；

所述激光雷达固定安装于所述主控模块壳体的正前端；

所述驱动器固定安装于所述主控电路板左上方，用于驱动所述驱动电机与所述舵机运行。

可选地，所述主控模块还包括电池；

所述电池固定安装于所述主控模块壳体内，用于为所述装置提供电能。

可选地，还包括：

所述电池为高能量高密度充电电池。

本发明还提供了一种应用于空间信息探测装置的控制方法，所述装置包括底座、主控模块、测距模块和转动机构，所述方法包括：

根据所述测距模块测量所述底座的移动距离，触发所述主控模块上设置的激光雷达和所述底座上设置的探地雷达采集数据信息；

通过所述主控模块控制所述底座的移动，并接收所述数据信息；

根据响应接收到的目标电平信号，通过所述转动机构带动所述底座或所述主控模块转动。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明通过在底座尾端固定连接测距模块，从而可以测量底座的移动距离和触发主控模块上设置的激光雷达和底座上设置的探地雷达采集数据信息，同时，将主控模块固定安装在底座的顶部，从而可以接收激光雷达和探地雷达采集信息和控制底座的移动，底座的前端底部设置有转动机构，可根据接收到的电平信号，带动底座或主控模块转动，以便于激光雷达和探地雷达采集不同方位的空间数据信息，使得空间信息探测装置在进行空间探测时，无需人为转动探地雷达的方向，可以精准控制旋转角度，通过了空间信息探测装置的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例一提供的一种空间信息探测装置的整体结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的一种空间信息探测装置的底座和测距模块的结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的一种空间信息探测装置的主控模块的结构示意图；

图4为本发明实施例一提供的一种空间信息探测装置的转动机构的结构示意图；

图5为本发明实施例二提供的一种应用于空间信息探测装置的控制方法的步骤流程图。

其中，附图标记含义如下：

1、底座；2、测距模块；3、探地雷达；4、转动机构；5、主控模块；6、激光雷达；7、底板；8、车轮；9、驱动电机；10、电机驱动板；11、传动带；12、屏蔽罩；13、测距全向轮；14、测距传感器；15、高频电磁脉冲发射模块；16、高频电磁脉冲接收模块；17、脉冲发生器外盒；18、底座上盖板；19、下半转盘；20、上半转盘；21、电滑环下半支撑件；22、电滑环上半支撑件；23、驱动连接块；24、舵机；25、电滑环；26、主控模块壳体；27、电池；28、驱动器；29、主控电路板。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种空间信息探测装置及控制方法，用于解决现有的空间信息探测装置主要由车架、车轮和雷达组成，缺乏自动旋转的功能，受探地雷达电磁波发射覆盖的限制，要获取某一探测点对应的方位地下空间信息，还需人为转动探地雷达方向，且无法精准控制旋转角度，降低了空间信息探测装置的可靠性的技术问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

为了便于理解，请参阅图1至图4，本发明例提供的一种空间信息探测装置，包括底座1、主控模块5、测距模块2和转动机构4；

测距模块2与底座1的尾端固定连接，用于测量底座1的移动距离和触发主控模块5上设置的激光雷达6和底座1上设置的探地雷达3采集数据信息；

主控模块5固定安装于底座1的顶部，用于接收数据信息和控制底座1的移动；

转动机构4与底座1的前端底部固定连接，用于响应接收到的电平信号，带动底座1或主控模块5转动。

在本发明实施例中，当需要对地下管线的区域进行探测时，可通过固定安装在底座1尾端的测距模块2测量底座1移动的距离，当距离满足预设的距离阈值时，启动主控模块5上设置的激光雷达6和底座1上设置的探地雷达3采集数据信息，主控模块5固定安装于底座1的顶部，可接收激光雷达6和探地雷达3采集数据信息，并且可根据技术人员发出的动作指令控制装置的移动，转动机构4设置于底座1的前端底部，可根据接收到电平信号，带动底座1或主控模块5转动，从而调整探地雷达3和激光雷达6采集探测点的方位。

需要说明的是，电平信号包括高电平和低电平，当转动机构4接收到电平信号为高电平时，则带动主控模块5转动，当转动机构4接收到电平信号为低电平时，则带动底座1转动。

需要说明的是，数据信息包括地上空间信息和地下空间信息，当主控模块5接收到激光雷达6和探地雷达3采集的地上空间信息和地下空间信息时，会采用数据融合算法，将地上空间信息和地下空间信息统一发送给终端。

请参阅图2，底座1包括底板7、车轮8、驱动电机9、传动带11和屏蔽罩12；车轮8固定安装于底板7的四角处；驱动电机9固定安装于底板7的中间部位；驱动电机9与车轮8通过传动带11机械连接，用于响应控制信号，通过传动带11带动车轮8转动；屏蔽罩12安装于底板7正上方，用于屏蔽驱动电机9运作时产生的强电磁场。

在本发明实施例中，底板7可通过安装在底板7四角处的车轮8，便于装置移动，四个驱动电机9固定安装于底板7的中间部位，当接收到控制信号时，驱动电机9可通过与传动带11之间的摩擦力带动车轮8转动，底板7正上方安装有屏蔽罩12，可屏蔽驱动电机9运转对探地雷达3和激光雷达6采集数据信息的强电磁场干扰。

需要说明的是，车轮8由轮毂和围绕轮毂的辊子组成的麦克纳姆轮，其中麦轮辊子轴线和轮毂轴线夹角成45°。在轮毂的轮缘上斜向分布着许多小轮子可以横向滑移，且辊子是一种没有动力的小滚子，其母线特殊，当轮子绕着固定的轮心轴转动时，各个小滚子的包络线为圆柱面时，能够连续地向前滚动，因此，车轮8可以实现底座1在一定探测范围内的全方位移动。

需要说明的是，底座前端两边都按照有电机驱动板10，用于控制驱动电机的启动、刹车、转向和堵转保护，可在电机过热保护，可在驱动电机内温度过高，产生报警信号。

请参阅图2，测距模块2包括测距全向轮13和测距传感器14；测距全向轮13固定安装于底座1后端中心，用于探测底座1移动时的行径；测距传感器14固定安装于测距全向轮13右下方，用于采集测距全向轮13的转动距离；判断转动距离是否大于或等于触发阈值；若转动距离大于或等于触发阈值，则通过主控模块5发送采集信号至探地雷达3和激光雷达6。

在本发明实施例中，在装置沿探测路径行径时，测距全向轮13固定安装于底座1后端中心，可在装置移动时跟随装置转动，由固定安装于测距全向轮13右下方的测距传感器14采集测距全向轮13的转动距离值，同时可判断转动距离值是否大于预设的触发阈值，若转动距离值大于触发阈值，则通过主控模块5发送采集信号到探地雷达3和激光雷达6，触发探地雷达3和激光雷达6采集地下空间信息、地上空间信息。

请参阅图2，探地雷达3包括高频电磁脉冲发射模块15、高频电磁脉冲接收模块16、脉冲发生器外盒17，脉冲发生器外盒17固定安装于底座1前端中心，高频电磁脉冲发射元件和高频电磁脉冲接收元件固定安装于脉冲发生器外盒17内，高频电磁脉冲发射元件，用于响应接收到采集信号，向地下发射高频电磁脉冲；高频电磁脉冲接收元件，用于接收地下反射产生的反射回波信号。

需要说明的是，高频电磁脉冲发射模块15和高频电磁脉冲接收模块16以固定的空间位置关系集成于脉冲发生器外盒17中，脉冲发生器外盒17采用自沉降的方式与地表贴合，减低了空气介质对高频电磁脉冲造成干扰，当主控模块5发出采集信号时，高频电磁脉冲发射模块15会向地下发射高频电磁脉冲，高频电磁脉冲在遇到不同电性介质的分界面时，会产生反射回波信号，再通过高频电磁脉冲接收模块16接收反射回波信号，得到地下介质空间分布情况。

请参阅图3，主控模块5包括主控模块壳体26、电池27、驱动器28、主控电路板29和激光雷达6；主控模块壳体26固定安装于上半转盘20上；主控电路板29固定安装于主控模块壳体26内；激光雷达6固定安装于主控模块壳体26的正前端；驱动器28固定安装于主控电路板29左上方，用于控制驱动电机9与舵机24运行。

在本发明实施例中，主控模块壳体26固定安装于上半转盘20上，当上半转盘20转动时，主控模块壳体26会跟随上半转盘20一起转动，激光雷达6固定安装于主控模块壳体26的正前端，便于装置采集地上空间的地上空间数据信息，主控电路板29固定安装在主控模块壳体26内，当激光雷达6和探地雷达3采集到了地下空间数据信息和地下空间数据信息后，可通过主控电路板29接收并采用边缘计算进行数据融合，得到融合后的地下、地上空间信息，在主控电路板29的左上方还安装有驱动器28，当接收到终端发出的控制指令时，可通过驱动器28控制装置上的控制驱动电机9与舵机24的运行。

需要说明的是，主控模块壳体26为金属材质具有很好的导热性能，且主控模块壳体26与激光雷达6贴合，能在激光雷达6工作时可对激光雷达6起到散热作用。

需要说明的是，主控模块5内设置电池27为高能量高密度充电电池27，能为探测装置提供长时间的电源供应。

需要说明的是，空间信息探测装置可通过平板电脑或笔记本电脑作为显示载体，且显示界面内设有电机驱动控制界面、地下空间信息展示界面和地上空间信息展示界面，电机驱动控制界面包括驱动电机9和舵机24驱动控制交互按钮，通过电机驱动控制界面操作，控制驱动电机9和舵机24安装指令转动。

请参阅图4，转动机构4包括底座上盖板18、下半转盘19、上半转盘20、电滑环下半支撑件21、电滑环上半支撑件22、驱动连接块23、舵机24和电滑环25；底座上盖板18固定安装于底座1顶面；下半转盘19固定安装于底座上盖板18上，且下半转盘19与上半转盘20滑动连接。电滑环25通过电滑环下半支撑件21和电滑环上半支撑件22固定安装于底座上盖板18上；舵机24固定安装于电滑环上半支撑件22，且舵机24与驱动连接块23电性连接。

在本发明实施例中，底座上盖板18、下半转盘19、上半转盘20、电滑环下半支撑件21、电滑环上半支撑件22、驱动连接块23、舵机24和电滑环25与底座1连成一体，当装置需要转动主控模块5时，控制信号会使得舵机24转动，驱动连接块23与舵机24电性连接，通过驱动连接块23带动电滑环25上部支撑件按设定的角度以及方向转动，进而带动主控模块5转动。

需要说明的是，底座上盖板18通过焊剂的方式固定安装于底座1顶面，且下半转盘19固定安装在底座上盖板18上，使得底座1可跟随下半转盘19一起转动。

需要说明的是，转动机构4通过电滑环下半支撑件21和电滑环上半支撑件22将电滑环25固定安装在底座上盖板18上，可以防止转动过程中电源线或通讯线打绞，确保底座1和主控模块5之间旋转无阻碍。

在本发明实施例中，通过在底座尾端固定连接测距模块，从而可以测量底座的移动距离和触发主控模块上设置的激光雷达和底座上设置的探地雷达采集数据信息，同时，将主控模块固定安装在底座的顶部，从而可以接收激光雷达和探地雷达采集信息和控制底座的移动，底座的前端底部设置有转动机构，可根据接收到的电平信号，带动底座或主控模块转动，以便于激光雷达和探地雷达采集不同方位的空间数据信息，使得空间信息探测装置在进行空间探测时，无需人为转动探地雷达的方向，可以精准控制旋转角度，通过了空间信息探测装置的可靠性。

请参阅图5，图5为本发明实施例二提供的一种应用于空间信息探测装置的控制方法的步骤流程图。

本发明提供的一种应用于空间信息探测装置的控制方法，装置包括底座1、主控模块5、测距模块2和转动机构4，方法包括：

步骤501、根据测距模块2测量底座1的移动距离，触发主控模块5上设置的激光雷达6和底座1上设置的探地雷达3采集数据信息。

数据信息，指的是激光雷达6采集的地上空间信息数据和探地雷达3采集地下空间信息数据。

在本发明实施例中，当空间信息探测装置朝着一个方向前进时，通过测距模块2测量装置移动距离，并触发探地雷达3和激光雷达6采集地上空间信息数据和地下空间信息数据。

需要说明的是，探地雷达3所扫描的是探测路径垂直方向一定角度区域的地下扇体空间，激光雷达6所扫描的是探测路径正前方向一定角度区域的圆锥体视野空间。

步骤502、通过主控模块5控制底座1的移动，并接收数据信息。

在本发明实施例中，当主控模块5接收到终端发送的控制指令时，主控模块5会控制底座1的移动，并接收激光雷达6采集的地上空间信息数据和探地雷达3采集地下空间信息数据。

步骤503、根据响应接收到的目标电平信号，通过转动机构4带动底座1或主控模块5转动。

目标电平信号，指的是为了控制空间信息探测装置获取不同角度和方位的地下空间信息数据和地上空间信息数据所发出动作信号。

在本发明实施例中，当转动机构4接收到目标电平信号时，解析目标电平信号，按照需求方向和角度旋转底座1或主控模块5，使得设置底座1上的探地雷达3和设置在主控模块5上的激光雷达6随底座1或主控模块5转动，从而采集不同方位的地下空间信息数据和地上空间信息数据。

在本发明实施例中，当接收到检测信号时，控制空间信息探测装置移动到探测区域，通过设置测距模块计量空间信息探测装置的移动距离并触发探地雷达和激光雷达采集地上空间信息数据和地下空间信息数据，再通过主控模块控制装置移动的方向和接收探地雷达和激光雷达采集地上空间信息数据和地下空间信息数据，当移动到检测点时，为扫描完整的地下、地上空间信息数据，通过发送目标电平信号至转动机构，控制主控模块或底盘按照预设的角度和方向转动，从而获取到位置的地下、地上空间数据信息。解决了现有的空间信息探测装置缺乏自动旋转的功能，受探地雷达电磁波发射覆盖的限制，要获取某一探测点对应的方位地下空间信息，还需人为转动探地雷达方向，且无法精准控制旋转角度，降低了空间信息探测装置的可靠性的技术问题。通过转动机构调整空间信息探测装置获取的地上、地下空间信息的方位，无需人为转动探地雷达的方位，提高了空间信息探测装置的可靠性。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种空间信息探测装置，其特征在于，包括底座、主控模块、测距模块和转动机构；

所述测距模块与所述底座的尾端固定连接，用于测量所述底座的移动距离和触发所述主控模块上设置的激光雷达和所述底座上设置的探地雷达采集数据信息；

所述主控模块固定安装于所述底座的顶部，用于接收所述数据信息和控制所述底座的移动；

所述转动机构与所述底座的前端底部固定连接，用于响应接收到的电平信号，带动所述底座或所述主控模块转动。

2.根据权利要求1所述的空间信息探测装置，其特征在于，所述底座包括底板、车轮、驱动电机、传送带和屏蔽罩；

所述车轮固定安装于所述底板的四角处；

所述驱动电机固定安装于所述底板的中间部位；

所述驱动电机与所述车轮通过所述传送带机械连接，用于响应控制信号，通过所述传送带带动所述车轮转动；

所述屏蔽罩安装于所述底板正上方，用于屏蔽所述驱动电机运作时产生的强电磁场。

3.根据权利要求1所述的空间信息探测装置，其特征在于，所述测距模块包括测距全向轮和测距传感器；

所述测距全向轮固定安装于所述底座后端中心，用于探测所述底座移动时的行径；

所述测距传感器固定安装于所述测距全向轮右下方，用于采集所述测距全向轮的转动距离；

判断所述转动距离是否大于或等于触发阈值；

若所述转动距离大于或等于所述触发阈值，则通过所述主控模块发送采集信号至所述探地雷达和所述激光雷达。

4.根据权利要求3所述的空间信息探测装置，其特征在于，所述探地雷达包括高频电磁脉冲发射元件、高频电磁脉冲接收元件和脉冲发生器外盒；

所述脉冲发生器外盒固定安装于所述底座前端中心；

所述高频电磁脉冲发射元件和高频电磁脉冲接收元件固定安装于所述脉冲发生器外盒内；

所述高频电磁脉冲发射元件，用于响应接收到所述采集信号，向地下发射高频电磁脉冲；

所述高频电磁脉冲接收元件，用于接收所述地下反射产生的反射回波信号。

5.根据权利要求1所述的空间信息探测装置，其特征在于，所述转动机构包括底座上盖板、下半转盘、上半转盘；

所述底座上盖板固定安装于所述底座顶面；

所述下半转盘固定安装于所述底座上盖板上，且所述下半转盘与所述上半转盘滑动连接。

6.根据权利要求5所述的空间信息探测装置，其特征在于，所述转动机构还包括电滑环下半支撑件、电滑环上半支撑件、驱动连接块、舵机和电滑环；

所述电滑环通过所述电滑环下半支撑件和所述电滑环上半支撑件固定安装于所述底座上盖板上；

所述舵机固定安装于所述电滑环上半支撑件，且所述舵机与所述驱动连接块电性连接。

7.根据权利要求6所述的空间信息探测装置，其特征在于，所述主控模块包括主控模块壳体、电池、驱动器、主控电路板和激光雷达；

所述主控模块壳体固定安装于所述上半转盘上；

所述主控电路板固定安装于所述主控模块壳体内；

所述激光雷达固定安装于所述主控模块壳体的正前端；

所述驱动器固定安装于所述主控电路板左上方，用于驱动所述驱动电机与所述舵机运行。

8.根据权利要求1所述的空间信息探测装置，其特征在于，所述主控模块还包括电池；

所述电池固定安装于所述主控模块壳体内，用于为所述装置提供电能。

9.根据权利要求8所述的空间信息探测装置，其特征在于，还包括：

所述电池为高能量高密度充电电池。

10.一种应用于空间信息探测装置的控制方法，其特征在于，所述装置包括底座、主控模块、测距模块和转动机构，所述方法包括：

根据所述测距模块测量所述底座的移动距离，触发所述主控模块上设置的激光雷达和所述底座上设置的探地雷达采集数据信息；

通过所述主控模块控制所述底座的移动，并接收所述数据信息；

根据响应接收到的目标电平信号，通过所述转动机构带动所述底座或所述主控模块转动。

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