CN217156791U - 一种360度旋转扫描激光雷达系统 - Google Patents

一种360度旋转扫描激光雷达系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种360度旋转扫描激光雷达系统,包括激光发射单元、激光接收单元、360度扫描的旋转座、上反射平面镜和下反射平面镜，上反射平面镜和下反射平面镜上下布局且45度倾斜安装在旋转座的同一侧，上反射平面镜和下反射平面镜绕旋转座的竖立的中心轴S转动，激光发射单元发出的发射光线L1经第二反射镜、第一反射镜反射后沿着中心轴S方向投射到上反射平面镜后横向反射出去，外物反射回来的光线横向投射到下反射平面镜上形成接收光线L2沿着中心轴S方向进入到激光接收单元中。激光发射单元、激光接收单元等电子部件不随着旋转座转动，保证电子元器件的稳定性、可靠性和使用寿命，旋转座360旋转时不存在扫描盲区，同时供电和信号传送不必采用无线方式。

Description

一种360度旋转扫描激光雷达系统
技术领域：
本实用新型属于一种360度旋转扫描激光雷达系统。
背景技术:
激光雷达是通过发射激光束实现探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。随着激光技术的发展，激光扫描技术越来越广泛地应用于测量、交通、驾驶辅助和无人机、移动机器人等领域。目前的周视型激光雷达的扫描范围为360度，其原理为旋转机构带着旋转架做高速360度旋转，激光发射单元、激光接收单元等电子部件安装于旋转架之上，随着旋转架一同高速旋转，电子部件做高速旋转运动使得产品的寿命受到了影响。并且电子部件做高速旋转运动，其供电必然得需要通过电滑环方式或是无线充电方式，这也降低了产品的稳定性、可靠性和使用寿命。另外，无线充电方式，需要额外增加一个中央处理芯片MCU，导致电路结构复杂，成本偏高；另外一种类型的激光雷达系统，虽然电子部件无需旋转，但旋转架需要伸出一条竖立的吊臂以支撑旋转架，导致高速360度旋转扫描存在一个扫描盲区(即被吊臂遮挡的区域)，扫描角度约300度左右。
发明内容：
本实用新型的目的是提供一种360度旋转扫描激光雷达系统，不但解决现有技术中的激光雷达以竖立的吊臂支撑旋转架存在扫描盲区的技术问题，同时解决激光雷达的激光发射单元、激光接收单元等电子部件安装于旋转架之上，导致电子部件做高速旋转使得产品的寿命受到了影响，且降低了产品的稳定性、可靠性的技术问题。
本实用新型是通过如下技术方案来实现的：
一种360度旋转扫描激光雷达系统,其特征在于：包括激光发射单元、激光接收单元、旋转座、上反射平面镜和下反射平面镜，上反射平面镜和下反射平面镜上下布局且倾斜安装在旋转座的同一侧，上反射平面镜和下反射平面镜绕旋转座的竖立的中心轴S转动，激光发射单元发出的发射光线L1经第二反射镜、第一反射镜反射后沿着中心轴S方向投射到上反射平面镜后横向反射出去，外物反射回来的光线横向投射到下反射平面镜上形成接收光线L2沿着中心轴S方向进入到激光接收单元中，接收光线L2 与发射光线L1位于旋转座的两侧，激光发射单元和激光接收单元位于位于中心轴S的同一端。
上述的旋转座安装在底座上，在旋转座外面被一个透光罩罩住，透光罩内部顶端中间设置第一反射镜，透光罩内部顶端边缘设置第二反射镜，第一反射镜位于上反射平面镜的正上方，第一反射镜与第二反射镜相对。
上述的底座的空腔里面还安装激光发射单元，其中激光发射单元包括激光光源、第三反射镜、第一凸透镜和第四反射镜，激光光源发出的光依次经过第三反射镜、第一凸透镜和第四反射镜，经第四反射镜反射的光线到达透光罩边缘设置第二反射镜，第二反射镜将光线反射到透光罩内部顶端中间的第一反射镜，第一反射镜反射光沿着中心轴S方向投射到上反射平面镜。
上述的底座的空腔里面还安装有激光接收单元，激光接收单元包括第五反射镜、第二凸透镜、第六反射镜和测距传感器；从下反射平面镜上形成接收光线L2沿着中心轴S方向依次进入第五反射镜、第二凸透镜、第六反射镜后进入测距传感器。
上述的旋转座由驱动机构来驱动，驱动机构包括电机、小齿轮、大齿轮和轴承，大齿轮中间挖有内腔，轴承外壁套装在大齿轮的内腔内，轴承中间形成通孔，轴承内壁安装在一个底座顶端上，旋转座底部安装在大齿轮的端面上，电机的输出轴安装上小齿轮，小齿轮和大齿轮啮合，电机带动小齿轮和大齿轮转动，大齿轮带动旋转座转动，进入下反射平面镜的接收光线L2穿过轴承中间形成通孔。
上述的轴承为滚珠轴承，包括外圈、内圈和若干滚珠，外圈套装在大齿轮的内腔内，内圈安装在一个底座顶端上。
上述的大齿轮边缘的齿的端面涂有反射油漆，且其中一个齿比其余的齿都短且不涂反射油漆，在这些涂有反射油漆的齿部形成计数编码盘，在齿部下方安装光电传感器，以检测旋转座转动的角度。
上述的上反射平面镜和下反射平面镜与水平线的夹角都是45度。
上述的底座底部挖空形成空腔，电机安装在空腔里面，小齿轮、大齿轮和轴承位于空腔外面并置于底座的顶端面上，底座的顶端面凸出圆环凸台，轴承内壁套装圆环凸台，圆环凸台设置有空心孔，空心孔与空腔连通，接收光线L2穿过空心孔。
一种360度旋转扫描激光雷达系统,其特征在于：包括激光发射单元、激光接收单元、旋转座、上反射平面镜和下反射平面镜，上反射平面镜和下反射平面镜上下布局且倾斜安装在旋转座的同一侧，上反射平面镜和下反射平面镜绕旋转座的竖立的中心轴S转动，激光发射单元发出的发射光线L1沿着中心轴S方向投射到下反射平面镜上然后横向反射出去，外物反射回来的光线横向投射到上反射平面镜形成沿着中心轴S方向的接收光线L2，接收光线L2再经过第二反射镜、第一反射镜反射后进入到激光接收单元中，接收光线L2与发射光线L1位于旋转座的两侧，激光发射单元和激光接收单元位于中心轴S的同一端。
本实用新型与现有技术相比，有以下优点：
1、本实用新型提供的360度旋转扫描激光雷达系统，包括激光发射单元、激光接收单元、旋转座、上反射平面镜和下反射平面镜，上反射平面镜和下反射平面镜上下布局且倾斜安装在旋转座的同一侧，上反射平面镜和下反射平面镜绕旋转座的竖立的中心轴S转动，激光发射单元发出的发射光线L1经第二反射镜、第一反射镜反射后沿着中心轴S方向投射到上反射平面镜后横向反射出去，外物反射回来的光线横向投射到下反射平面镜上形成接收光线L2沿着中心轴S方向进入到激光接收单元中，接收光线L2与发射光线 L1位于旋转座的两侧，激光发射单元和激光接收单元位于中心轴S的同一端。这种布局设计，激光发射单元、激光接收单元等电子部件不随着旋转座转动，保证电子元器件的稳定性、可靠性和使用寿命，同时，旋转座360旋转时并无阻挡物，不存在扫描盲区，同时供电和信号传送无须无线方式，简化电路结构，提升了产品性能。
2、本实用新型的其它优点在说明书实施例部分做详细的描述。
附图说明
图1为本实用新型实施例一的原理示意图；
图2为本实用新型实施例一的光学原理图；
图3为本实用新型实施例一的立体图；
图4为本实用新型实施例一的分解图；
图5是本实用新型实施例一省略透光罩后的立体图；
图6是本实用新型实施例一俯视图；
图7是图6的A-A剖视图；
图8是图6的B-B剖视图；
图9是本实用新型实施例一的大齿轮的剖视图；
图10是图9的A—A剖视图；
图11是实用新型实施例一的大齿轮的立体图；
图12是本实用新型实施例二的原理示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
实施例一：
如图1至图9所示，本实施例提供了一种360度旋转扫描激光雷达系统,其特征在于：包括激光发射单元100、激光接收单元200、旋转座1、上反射平面镜2和下反射平面镜3，上反射平面镜2和下反射平面镜3上下布局且45度倾斜安装在旋转座1的同一侧，上反射平面镜2和下反射平面镜3绕旋转座1的竖立的中心轴S转动，激光发射单元100发出的发射光线L1经第二反射镜14、第一反射镜13反射后沿着中心轴S方向投射到上反射平面镜2后横向反射出去，外物反射回来的光线横向投射到下反射平面镜3上形成接收光线L2沿着中心轴S方向进入到激光接收单元200 中，接收光线L2与发射光线L1位于旋转座1的两侧，激光发射单元100 和激光接收单元200位于中心轴S的同一端。这种布局设计，激光发射单元、激光接收单元等电子部件不随着旋转座转动，保证电子元器件的稳定性、可靠性和使用寿命，同时，旋转座360旋转时并无阻挡物，不存在扫描盲区，同时供电和信号传送不必采用无线方式，降低产品成本。
上述的旋转座1安装在底座10上，在旋转座1外面被一个透光罩9 罩住，透光罩9内部顶端中间设置第一反射镜13，透光罩9内部顶端边缘设置第二反射镜14，第一反射镜13位于上反射平面镜2的正上方，第一反射镜13与第二反射镜14相对，结构简单，布局紧凑。
上述的底座10的空腔11里面还安装激光发射单元100，其中激光发射单元100包括激光光源101、第三反射镜102、第一凸透镜103和第四反射镜104，激光光源101发出的光依次经过第三反射镜102、第一凸透镜103和第四反射镜104，经第四反射镜104反射的光线到达透光罩9边缘设置第二反射镜14，第二反射镜14将光线反射到透光罩9内部顶端中间的第一反射镜13，第一反射镜13反射光沿着中心轴S方向投射到上反射平面镜2。
上述的底座10的空腔11里面还安装有激光接收单元200，激光接收单元200包括第五反射镜201、第二凸透镜202、第六反射镜203和测距传感器204；从下反射平面镜3上形成接收光线L2沿着中心轴S方向依次进入第五反射镜201、第二凸透镜202、第六反射镜203后进入测距传感器 204。将激光发射单元100和激光接收单元200置于底座10的空腔11里面，结构就凑，体积小，且便于供电，无需采用无线供电，节约成本，简化电路结构。
上述旋转座1由驱动机构来驱动，驱动机构包括电机4、小齿轮5、大齿轮6和轴承7，大齿轮6中间挖有内腔61，轴承7外壁套装在大齿轮 6内腔61内，轴承7中间形成通孔71，轴承7内壁安装在一个底座10顶端上，旋转座1底部安装在大齿轮6的端面上，电机2的输出轴安装上小齿轮5，小齿轮5和大齿轮6啮合，电机4带动小齿轮5和大齿轮6转动，大齿轮6带动旋转座1转动，从下反射平面镜反射出去的接收光线L2穿过轴承7中间形成通孔71。结构简单，布局紧凑，体积较小。
上述轴承7为滚珠轴承，包括外圈、内圈和若干滚珠，外圈套装在大齿轮6内腔61内，内圈安装在一个底座顶端上，能容易实现。
如图9、图10和图11所示，上述大齿轮6边缘的齿62的端面涂有反射油漆63，且其中一个短齿65比其余的齿62都短且不涂反射油漆，在这些涂有反射油漆的齿部形成计数编码盘，在齿62下方安装光电传感器8，以检测旋转座1转动的角度。齿62和齿槽64经过光电传感器8，产生计数脉冲信号可以转换成角度数据，能准确知道检测旋转座1的转动角度，结构简单，无需采用专用码盘，节约成本。
上述的上反射平面镜2和下反射平面镜3与水平线的夹角都是45度。比较好地进行反射。
上述的底座10底部挖空形成空腔11，电机4安装在空腔11里面，小齿轮5、大齿轮6和轴承7位于空腔11外面并置于底座10的顶端面上，底座10的顶端面凸出圆环凸台12，轴承7内壁套装圆环凸台12，圆环凸台12设置有空心孔121，空心孔121与空腔11连通，接收光线L2穿过空心孔121，结构简单，布局合理。
将激光发射单元100和激光接收单元200固定安装在底座10的空腔 11里面，结构紧凑，体积小，且便于供电和传递信号(无需通过无线方式传递信号)，无需采用无线供电，节约成本，简化电路结构。
实施例二：
本实施例是在实施例一基础上的1改动，根据光路可逆的原理，新的技术方案如下：如图12所示，包括激光发射单元100、激光接收单元200、旋转座1、上反射平面镜2和下反射平面镜3，上反射平面镜2和下反射平面镜 3上下布局且45度倾斜安装在旋转座1的同一侧，上反射平面镜2和下反射平面镜3绕旋转座1的竖立的中心轴S转动，激光发射单元100发出的发射光线L1沿着中心轴S方向投射到下反射平面镜3上然后横向反射出去，外物反射回来的光线横向投射到上反射平面镜2形成沿着中心轴S方向的接收光线L2，接收光线L2再经过第二反射镜14、第一反射镜13反射后进入到激光接收单元200中，接收光线L2与发射光线L1位于旋转座1的两侧，激光发射单元100和激光接收单元200位于中心轴S的同一端。激光发射单元100、激光接收单元200等电子部件不随着旋转座1转动，保证电子元器件的稳定性、可靠性和使用寿命，旋转座360旋转时并无阻挡物不存在扫描盲区，同时供电和信号传送不必采用”无线”方式。
需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示诸如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
以上实施例为本实用新型的较佳实施方式，但本实用新型的实施方式不限于此，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种360度旋转扫描激光雷达系统,其特征在于：包括激光发射单元(100)、激光接收单元(200)、旋转座(1)、上反射平面镜(2)和下反射平面镜(3)，上反射平面镜(2)和下反射平面镜(3)上下布局且倾斜安装在旋转座(1)的同一侧，上反射平面镜(2)和下反射平面镜(3)绕旋转座(1)的竖立的中心轴S转动，激光发射单元(100)发出的发射光线L1经第二反射镜(14)、第一反射镜(13)反射后沿着中心轴S方向投射到上反射平面镜(2)后横向反射出去，外物反射回来的光线横向投射到下反射平面镜(3)上形成接收光线L2沿着中心轴S方向进入到激光接收单元(200)中，接收光线L2与发射光线L1位于旋转座(1)的两侧，激光发射单元(100)和激光接收单元(200)位于中心轴S的同一端。
2.根据权利要求1所述的一种360度旋转扫描激光雷达系统,其特征在于：旋转座(1)安装在底座(10)上，在旋转座(1)外面被一个透光罩(9)罩住，透光罩(9)内部顶端中间设置第一反射镜(13)，透光罩(9)内部顶端边缘设置第二反射镜(14)，第一反射镜(13)位于上反射平面镜(2)的正上方，第一反射镜(13)与第二反射镜(14)相对。
3.根据权利要求2所述的一种360度旋转扫描激光雷达系统,其特征在于：底座(10)的空腔(11)里面还安装激光发射单元(100)，其中激光发射单元(100)包括激光光源(101)、第三反射镜(102)、第一凸透镜(103)和第四反射镜(104)，激光光源(101)发出的光依次经过第三反射镜(102)、第一凸透镜(103)和第四反射镜(104)，经第四反射镜(104)反射的光线到达透光罩(9)边缘设置第二反射镜(14)，第二反射镜(14)将光线反射到透光罩(9)内部顶端中间的第一反射镜(13)，第一反射镜(13)反射光沿着中心轴S方向投射到上反射平面镜(2)。
4.根据权利要求3所述的一种360度旋转扫描激光雷达系统,其特征在于：底座(10)的空腔(11)里面还安装有激光接收单元(200)，激光接收单元(200)包括第五反射镜(201)、第二凸透镜(202)、第六反射镜(203)和测距传感器(204)；从下反射平面镜(3)上形成接收光线L2沿着中心轴S方向依次进入第五反射镜(201)、第二凸透镜(202)、第六反射镜(203)后进入测距传感器(204)。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种360度旋转扫描激光雷达系统,其特征在于：旋转座(1)由驱动机构来驱动，驱动机构包括电机(4)、小齿轮(5)、大齿轮(6)和轴承(7)，大齿轮(6)中间挖有内腔(61)，轴承(7)外壁套装在大齿轮(6)的内腔(61)内，轴承(7)中间形成通孔(71)，轴承(7)内壁安装在一个底座(10)顶端上，旋转座(1)底部安装在大齿轮(6)的端面上，电机(4)的输出轴安装上小齿轮(5)，小齿轮(5)和大齿轮(6)啮合，电机(4)带动小齿轮(5)和大齿轮(6)转动，大齿轮(6)带动旋转座(1)转动，进入下反射平面镜(3)的接收光线L2穿过轴承(7)中间形成通孔(71)。
6.根据权利要求5所述的一种360度旋转扫描激光雷达系统,其特征在于：轴承(7)为滚珠轴承，包括外圈、内圈和若干滚珠，外圈套装在大齿轮(6)的内腔(61)内，内圈安装在一个底座(10)顶端上。
7.根据权利要求6所述的一种360度旋转扫描激光雷达系统,其特征在于：上述大齿轮(6)边缘的齿(62)的端面涂有反射油漆(63)，且其中一个短齿(65)比其余的齿(62)都短且不涂反射油漆，在这些涂有反射油漆的齿形成计数编码盘，在齿(62)下方安装光电传感器(8)，以检测旋转座(1)转动的角度。
8.根据权利要求7所述的一种360度旋转扫描激光雷达系统,其特征在于：上反射平面镜(2)和下反射平面镜(3)与水平线的夹角都是45度。
9.根据权利要求8所述的一种360度旋转扫描激光雷达系统,其特征在于：底座(10)底部挖空形成空腔(11)，电机(4)安装在空腔(11) 里面，小齿轮(5)、大齿轮(6)和轴承(7)位于空腔(11)外面并置于底座(10)的顶端面上，底座(10)的顶端面凸出圆环凸台(12)，轴承(7)内壁套装圆环凸台(12)，圆环凸台(12)设置有空心孔(121)，空心孔(121)与空腔(11)连通，接收光线L2穿过空心孔(121)。
10.一种360度旋转扫描激光雷达系统,其特征在于：包括激光发射单元(100)、激光接收单元(200)、旋转座(1)、上反射平面镜(2)和下反射平面镜(3)，上反射平面镜(2)和下反射平面镜(3)上下布局且倾斜安装在旋转座(1)的同一侧，上反射平面镜(2)和下反射平面镜(3)绕旋转座(1)的竖立的中心轴S转动，激光发射单元(100)发出的发射光线L1沿着中心轴S方向投射到下反射平面镜(3)上然后横向反射出去，外物反射回来的光线横向投射到上反射平面镜(2)形成沿着中心轴S方向的接收光线L2，接收光线L2再经过第二反射镜(14)、第一反射镜(13)反射后进入到激光接收单元(200)中，接收光线L2与发射光线L1位于旋转座(1)的两侧，激光发射单元(100)和激光接收单元(200)位于旋转座(1)的同一侧。
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