CN206400103U - 基于光通信的360度扫描的激光雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于光通信的360度扫描的激光雷达，适用于激光雷达技术领域，包括：测距模块、信号传输模块、电能传输模块、机械旋转部件和壳体；所述信号传输模块包括至少一对光通信发射端和光通信接收端的信号传输模块、电能传输模块通过磁环耦合无线输电，所述机械旋转部件带动所述测距模块绕轴向360度旋转。借此，本实用新型优化光路上的零部件，避免使用摩擦接触零件，稳定性、可靠性、使用寿命得到提高，可以覆盖360度扫描测量。

Description

基于光通信的360度扫描的激光雷达

技术领域

本实用新型涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种基于光通信的360度扫描的激光雷达。

背景技术

现有的激光雷达200如图1所示具有：1、270°反射镜方案中光通信如图1所示激光器211发光通过非球面镜205处的准直器204准直成细光束，该光束通过反射镜208和导光筒210后，经过滤光筒209射出，向周围环境投射。编码盘203附近的电机201带动反射镜208和导光筒210旋转，受光电开关207控制，激光从滤光镜209进入，接收单元212进行接收，从而实现激光束对周围环境的扫描。因为该方案电机电源、速度控制信号是通过导线槽202中的导线传输的，激光驱动信号由信号处理单元206发出，因为导线槽202的遮挡，导致激光束无法实现对周围环境的360°全角度扫描，实际扫描角度一般小于等于270°。此外，导电滑环方案，激光雷达旋转测距部分和固定的雷达底座之间通过导电滑环进行电气连接，电能和信号通过滑环内部的摩擦接触部件实现导通。因此，现有技术就有了270°反射镜方案，无法实现360°全角度扫描；2、滑环方案采用摩擦接触的方案，产品寿命短。

综上可知，现有技术在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。

实用新型内容

针对上述的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种基于光通信的360度扫描的激光雷达，其目的在于覆盖360°扫描测量，设计稳定性、可靠性更好的结构、使用寿命得到提高。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种基于光通信的360度扫描的激光雷达，包括：

测距模块、信号传输模块、电能传输模块、机械旋转部件和壳体；所述信号传输模块包括至少一对光通信发射端和光通信接收端的信号传输模块、电能传输模块通过磁环耦合无线输电，所述机械旋转部件带动所述测距模块绕轴向360度旋转。

根据本实用新型所述基于光通信的360度扫描的激光雷达，在所述壳体上部设置所述测距模块，所述测距模块包括激光器、发射透镜组、接收传感器、接收透镜，所述激光器设置在所述发射透镜组的容置空间内，所述接收传感器设置在所述接收透镜的容置空间内，激光从所述激光器发出经所述发射透镜组到环境中的物体，反射后由所述接收透镜再进入所述接收传感器；在中部空间成对设置所述光通信发射端和所述光通信接收端，光信号从所述光通信发射端传输到所述光通信接收端；

所述机械旋转部件设置有电机，所述电机通过皮带与所述壳体的上部活动连接，所述电机通过皮带带动所述壳体的上部和中部旋转，同时所述测距模块对周围环境绕轴向360度扫描探测，在底部的所述电能传输模块包括电磁感应进行无线输电的上半部分和下半部分，所述上半部分位于所述壳体的中部且绕轴向360度旋转，所述下半部分固定在所述壳体的底部。

根据本实用新型所述基于光通信的360度扫描的激光雷达，所述电能传输模块的所述上半部分和所述下半部分都是绕设导线线圈的所述磁环。

根据本实用新型所述基于光通信的360度扫描的激光雷达，所述测距模块是基于飞行时间原理的激光测距模块。

根据本实用新型所述基于光通信的360度扫描的激光雷达，基于光通信的360度扫描的激光雷达还包括一产生脉冲信号的信号处理板；

一接收所述脉冲信号作为起始信号、接收所述接收传感器输出的计时终止信号计算激光飞行时间的计时模块。

根据本实用新型所述基于光通信的360度扫描的激光雷达，所述信号传输模块包括两对所述光通信接收端和所述光通信发射端，实现全双工通信或半双工通信工作模式。

根据本实用新型所述基于光通信的360度扫描的激光雷达，成对的所述光通信发射端发射的光信号和所述光通信接收端的接收的光信号是同一个波段，不同的两对在不同波段。

根据本实用新型所述基于光通信的360度扫描的激光雷达，所述传输模块仅设置一对所述光通信发射端和所述光通信接收端，进行单工通信模式。

根据本实用新型所述基于光通信的360度扫描的激光雷达，所述电机采用内置的空轴电机。

根据本实用新型所述基于光通信的360度扫描的激光雷达，所述光通信发射端和所述光通信接收端是二极管。

本实用新型通过改进机械旋转结构，优化光路上的零部件，避免使用摩擦接触零件，稳定性、可靠性、使用寿命得到提高，可以覆盖360°角度的扫描测量。

附图说明

图1是现有技术的激光雷达的结构示意图；

图2是本实用新型基于光通信的360度扫描的激光雷达的优选实施例的测距相关的模块结构示意图；

图3是本实用新型基于光通信的360度扫描的激光雷达结构示意图；

图4是本实用新型基于光通信的360度扫描的激光雷达使用流程示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

为了解决上述问题，结合图示说明，如图2～图3所示，本实用新型提供的基于光通信的360度扫描的激光雷达100，包括：测距模块、信号传输模块、电能传输模块、机械旋转部件和壳体；所述信号传输模块包括至少一对光通信发射端和光通信接收端的信号传输模块、电能传输模块通过磁环耦合无线输电，所述机械旋转部件带动所述测距模块绕轴向360度旋转。无线输电可以彻底使得壳体能分离进行全方位旋转，同时改变了原有的线缆设置方式改为光通信进行收发，不会因为运动方式产生缠结，阻碍全方位运动。

更进一步地，在所述壳体50上部设置所述测距模块，所述测距模块包括激光器1、发射透镜组2、接收传感器5、接收透镜4，所述激光器1设置在发射透镜组2的容置空间内，所述接收传感器5设置在接收透镜4的容置空间内，激光从激光器1发出经所述发射透镜组2到环境中物体，反射后由接收透镜4再进入接收传感器5；在中部空间成对设置所述光通信发射端和所述光通信接收端，如图3所示，光信号从光通信发射端6传输到光通信接收端3；发射透镜组2包括至少一片透镜。

所述机械旋转部件设置有电机，所述电机通过皮带与所述壳体50的上部活动连接，所述电机10通过皮带11带动所述壳体50的上部和中部旋转，同时所述测距模块对周围环境绕轴向360度扫描探测，在底部的所述电能传输模块包括电磁感应进行无线输电的上半部分和下半部分，所述上半部分位于所述壳体的中部且绕轴向360度旋转，所述下半部分固定在所述壳体50的底部。

如图4所示，所述电能传输模块的所述上半部分和所述下半部分都是绕设导线线圈的所述磁环9，所述磁环9相互转动连接，磁环9的结构可以不同，保证不接触。电能传输通过耦合的磁环9传输，无线输电采用普遍用于手机无线充电的电磁感应式方案。

优选的是，所述测距模块是基于飞行时间原理的激光测距模块。测距核心是基于TOF(Time-of-Flight，飞行时间)原理的测距模块，由激光器1发射调制脉冲激光信号，经过发射镜组2出射，物体反射回的激光通过接收透镜4聚焦到接收传感器5上。TDC芯片通过获取发射和接收光信号的时间差得到光程，进而计算得到物体的距离值。TDC(Time-to-Digital Converter)是计算光飞行时间的一类芯片，也可以利用FPGA等芯片来代替实现计算时间差的作用。图3中实例是外置电机通过皮带11带动测距模块旋转从而实现对周围环境360°扫描探测，也可以替换内置的空轴电机实现旋转扫描，信号通过全双工光通信模块来传输。

同时，基于光通信的360度扫描的激光雷达100还包括一产生脉冲信号的信号处理板20；

一接收所述脉冲信号作为起始信号、接收所述接收传感器5输出的计时终止信号计算激光飞行时间的计时模块30。

实际运用时，信号处理板20产生脉冲信号，此信号作为计时模块的计时起始信号，该脉冲信号驱动激光器1发光，激光透过发射透镜组2向外界照射，回光信号通过接收透镜4在接收传感器5上产生电信号，此信号作为计时模块的计时终止信号。计时模块30得到激光飞行时间，信号处理板20根据计时模块30得到的时间差换算成距离数据，再结合光电开关产生的方位信息，得到激光雷达数据(一组激光雷达数据包含方位信息和距离信息)，在一个发射到接收的周期内，不限定接收传感器5的方位和朝向，以便接收足够宽的角度的反射光，由系统设置的旋转速度和旋转方式决定。

进一步地，所述信号传输模块包括两对所述光通信接收端和所述光通信发射端，如图3所示的光通信接收端7和光通信发射端8，光通信接收端3和光通信发射端6，实现全双工通信或半双工通信工作模式，当然可以设置更多对进行双工通信；优选的是，成对的所述光通信发射端发射的光信号和所述光通信接收端的接收的光信号是同一个波段，不同的两对在不同波段。此处的方案可以替换为，采用半双工通信方式，半双工通信工作模式可以采用两对相同波段的收发端。

另外，对于上述实施例中，可以替选的是，所述传输模块仅设置一对所述光通信发射端和所述光通信接收端，进行单工通信模式，光通信部分只采用一对收发模块，采用单工通信方式，只需要将所述测距模块的测量信息单方向下发。

激光雷达100上，电机1与皮带11和传动轮12带动壳体50的上部和中部运动，轴承14起到辅助作用。也可以替选为，所述电机1采用内置的空轴电机。

本实施例中优选的是，所述光通信发射端6、8和所述光通信接收端3、7是二极管。

更进一步地，为了使得本实用新型360度扫描方法阐述更清楚，基于基于光通信的360度扫描的激光雷达100实现，上电之后如图4所示的流程图，步骤包括：

步骤S401，发出脉冲激光驱动信号；这一步由信号处理板6实现，同时还以此作为计时起始信号；

步骤S402，激光器1发出窄脉冲激光；

步骤S403，接收物体反射光信号；这一步激光从物体反射进入壳体50，该壳体50为透镜形式，反射光进入接收传感器5；

步骤S404，产生接收脉冲作为计时终止信号；接收传感器5输出终止信号到计时模块；

步骤S405，计时模块30得到激光飞行时间；

步骤S406，结合方位信息得到雷达测量数据。对获取到的数据进行综合运算处理，最终输出数据。

虽然上述实施例中列出一部分更好的实施方式，但是改变激光器和接收传感器相对位置，如从并排水平摆放，变成垂直摆放，或者呈一定角度摆放；

无线输电可以替换采用其他耦合方式，相比现有技术只能进行270度左右的扫描探测，本专利可实现360度扫描。相比上述现有技术中的靠导电滑环传输电能和信号，本实用新型没有摩擦传导部件，能大大提高激光雷达的使用寿命。

综上所述，本实用新型通过优化光路上的零部件，避免使用摩擦接触零件，稳定性、可靠性、使用寿命得到提高，可以覆盖360°角扫描测量。

当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于光通信的360度扫描的激光雷达，其特征在于，包括：测距模块、信号传输模块、电能传输模块、机械旋转部件和壳体；所述信号传输模块包括至少一对光通信发射端和光通信接收端的信号传输模块、电能传输模块通过磁环耦合无线输电，所述机械旋转部件带动所述测距模块绕轴向360度旋转。

2.根据权利要求1所述的基于光通信的360度扫描的激光雷达，其特征在于，在所述壳体上部设置所述测距模块，所述测距模块包括激光器、发射透镜组、接收传感器、接收透镜，所述激光器设置在所述发射透镜组的容置空间内，所述接收传感器设置在所述接收透镜的容置空间内，激光从所述激光器发出经所述发射透镜组到环境中的物体，反射后由所述接收透镜再进入所述接收传感器；在中部空间成对设置所述光通信发射端和所述光通信接收端，光信号从所述光通信发射端传输到所述光通信接收端；

所述机械旋转部件设置有电机，所述电机通过皮带与所述壳体的上部活动连接，所述电机通过皮带带动所述壳体的上部和中部旋转，同时所述测距模块对周围环境绕轴向360度扫描探测，在底部的所述电能传输模块包括电磁感应进行无线输电的上半部分和下半部分，所述上半部分位于所述壳体的中部且绕轴向360度旋转，所述下半部分固定在所述壳体的底部。

3.根据权利要求2所述的基于光通信的360度扫描的激光雷达，其特征在于，所述电能传输模块的所述上半部分和所述下半部分都是绕设导线线圈的所述磁环。

4.根据权利要求2所述的基于光通信的360度扫描的激光雷达，其特征在于，所述测距模块是基于飞行时间原理的激光测距模块。

5.根据权利要求2所述的基于光通信的360度扫描的激光雷达，其特征在于，基于光通信的360度扫描的激光雷达还包括一产生脉冲信号的信号处理板；

一接收所述脉冲信号作为起始信号、接收所述接收传感器输出的计时终止信号计算激光飞行时间的计时模块。

6.根据权利要求1所述的基于光通信的360度扫描的激光雷达，其特征在于，所述信号传输模块包括两对所述光通信接收端和所述光通信发射端，实现全双工通信或半双工通信工作模式。

7.根据权利要求6所述的基于光通信的360度扫描的激光雷达，其特征在于，成对的所述光通信发射端发射的光信号和所述光通信接收端的接收的光信号是同一个波段，不同的两对在不同波段。

8.根据权利要求1所述的基于光通信的360度扫描的激光雷达，其特征在于，所述传输模块仅设置一对所述光通信发射端和所述光通信接收端，进行单工通信模式。

9.根据权利要求2所述的基于光通信的360度扫描的激光雷达，其特征在于，所述电机采用内置的空轴电机。

10.根据权利要求1所述的基于光通信的360度扫描的激光雷达，其特征在于，所述光通信发射端和所述光通信接收端是二极管。