CN219493764U - 一种基于激光雷达的三维扫描云台 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种基于激光雷达的三维扫描云台，所述三维扫描云台包括：安装座(1)、两个驱动机构(12)、水平旋转平台(10)、俯仰平台(16)以及激光雷达(13)；设置两个驱动机构、水平旋转平台、俯仰平台，通过第一个驱动机构带动水平旋转平台在水平面内转动，通过第二个驱动机构带动俯仰平台在竖直面内转动，本三维扫描云台能实现激光雷达水平方向和竖直方向的旋转，提高了激光雷达的扫描范围和测量精度。

Description

一种基于激光雷达的三维扫描云台

技术领域

本实用新型涉及激光雷达探测技术领域，具体而言，涉及一种基于激光雷达的三维扫描云台。

背景技术

当前在冶金行业，智能化和无人化成为了一种趋势，其中物体的三维识别是智能化和无人化的一项关键技术。三维识别一般采用激光雷达进行扫描识别，其技术手段包含面阵式的固态雷达、全景式的多线程雷达以及搭载云台的激光雷达，其核心原理都是利用发射出的近红外电磁波和接收到来自于探测物体和环境二点反射波来测算距离和角度，最终计算出物体及环境的相对位置生成点云数据。面阵式固态雷达的运作模式类似相机，有最大水平工作角和竖直工作角，其测量成果是分布呈阵面上形态的点云数据，多线程雷达是基于雷达中心部，水平360度发射多通道的激光线，每条通道在竖直方向有1～3度的角度差，其成果是全景的多线分布激光点云数据。这两种雷达都有其明显缺点，其中固态雷达无法独自捕捉水平角方向所有角度的数，扫描范围有限制，多线程雷达安装到一个预设高度的位置后，只能扫描测量一定范围的数据信息。

搭载云台的激光雷达相比上述两种雷达，扫描识别范围更大，扫描精度更高，性价比更高。如中国专利CN209471241U公开了一种激光雷达云台装置，所述电机包括定子和转子两部分，主要用于驱动激光雷达旋转部分转动；所述电机通过紧配合固定于所述电机底座中，采用外转子中空轴类型电机，其轴承为深沟球轴承，可承受径向和轴向的复合载荷，但是其仅仅依靠一个电机驱动激光雷达转动，即其实际上也只能实现激光雷达在水平方向360度的转动，不能进行激光雷达俯仰角度的调节，扫描范围仍然有限。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种基于激光雷达的三维扫描云台，解决现有激光雷达云台只能实现激光雷达在水平方向360度的转动，不能进行激光雷达俯仰角度的调节，扫描范围仍然有限的问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种基于激光雷达的三维扫描云台，其中，所述三维扫描云台包括：

安装座、两个驱动机构、水平旋转平台、俯仰平台以及激光雷达；

所述安装座，水平设置在扫描固定结构上；

第一个所述驱动机构，竖直设置在安装座的下端，其驱动端位于远离安装座的一侧；

所述水平旋转平台，水平设置在第一个所述驱动机构的驱动端上，可随第一个所述驱动机构的驱动端转动而水平旋转；

第二个所述驱动机构，水平设置在水平旋转平台上，其驱动端伸出水平旋转平台的一侧；

所述俯仰平台，水平设置在第二个所述驱动机构的驱动端上，可随第二个所述驱动机构的驱动端转动而竖直旋转；

所述激光雷达，位于俯仰平台的下端且与俯仰平台固定连接，用于进行激光扫描。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括套筒以及固定法兰；

所述套筒，上端与安装座固定连接，下端与固定法兰连接，内部中空，用于放置第一个所述驱动机构；

所述固定法兰，用于安装第一个所述驱动机构并连接套筒与水平旋转平台，第一个所述驱动机构的驱动端穿过固定法兰并与水平旋转平台固定连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述水平旋转平台包括底板、第一支架、外罩以及第二支架；

所述底板，与固定法兰转动连接；

所述第一支架、第二支架分别与底板相对的两侧固定连接，且位于远离固定法兰的一侧；

所述外罩，与底板、第一支架以及第二支架围成中空结构，所述中空结构用于水平放置第二个所述驱动机构，所述第一支架设有通孔，第二个所述驱动机构的驱动端通过所述通孔伸出水平旋转平台外；

第一个所述驱动机构的驱动端与底板固定连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述俯仰平台包括雷达安装板、第三支架以及第四支架；

所述雷达安装板，与激光雷达固定连接，在转动过程中不与外罩接触；

所述第三支架、第四支架分别与雷达安装板相对的两侧固定连接，且位于远离激光雷达的一侧，第三支架与第二个所述驱动机构的驱动端固定连接，第四支架与第二支架转动连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括两个夹板；

两个所述夹板，固定安装在雷达安装板上，与激光雷达同侧，用于对激光雷达进行夹紧固定。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述水平旋转平台的第二支架外侧设置有环形刻度尺；

所述俯仰平台的第四支架上端设置有平探针，所述平探针与所述环形刻度尺相对应。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括安装座密封垫片、套筒密封垫片以及压板；

所述安装座密封垫片，位于安装座与套筒之间，用于对安装座与套筒连接处进行密封；

所述套筒密封垫片，位于套筒与固定法兰之间，用于对套筒与固定法兰连接处进行密封；

所述压板，位于固定法兰与水平旋转平台之间，用于对固定法兰与水平旋转平台连接处进行压紧。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括圆环以及吊环螺钉；

所述圆环，固定安装于安装座上端；

所述吊环螺钉，固定安装于安装座上端且位于安装座正中央。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括插座安装板、电源插头以及信号插头；

所述插座安装板，固定安装于套筒上部；

所述电源插头以及信号插头，固定安装于插座安装板上。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述驱动机构为谐波减速一体机。

本实用新型的基于激光雷达的三维扫描云台相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)设置两个驱动机构、水平旋转平台、俯仰平台，通过第一个驱动机构带动水平旋转平台在水平面内转动，通过第二个驱动机构带动俯仰平台在竖直面内转动，本三维扫描云台能实现激光雷达水平方向和竖直方向的旋转，提高了激光雷达的扫描范围和测量精度；

(2)水平旋转平台的第一支架上装有第二个驱动机构，其输出端通过螺钉与俯仰平台的第三支架相连，另一边水平旋转平台的第二支架通过凸轮导向器与俯仰平台的第四支架相连，以控制俯仰平台在俯仰方向的运动。由于是双支点支撑，所以三维扫描云台的结构性很稳定，并且云台运行平稳无抖动，也适合大负载运行工况；

(3)雷达安装板上装有激光雷达，激光雷达不仅与雷达安装板通过螺钉连接，并且与其两边的夹板也通过螺钉连接，保证了激光雷达在工作中的紧固性和安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实用新型的基于激光雷达的三维扫描云台结构爆炸图；

图2为实用新型的基于激光雷达的三维扫描云台另一视角结构爆炸图；

图3为实用新型的基于激光雷达的三维扫描云台结构剖视图；

图4为实用新型的水平旋转平台结构示意图；

图5为实用新型的俯仰平台结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-5所示，本实用新型的基于激光雷达的三维扫描云台，其中，所述三维扫描云台包括：

安装座1、两个驱动机构12、水平旋转平台10、俯仰平台16以及激光雷达13；

所述安装座1，水平设置在扫描固定结构上；

第一个所述驱动机构12，竖直设置在安装座1的下端，其驱动端位于远离安装座1的一侧；

所述水平旋转平台10，水平设置在第一个所述驱动机构12的驱动端上，可随第一个所述驱动机构12的驱动端转动而水平旋转；

第二个所述驱动机构12，水平设置在水平旋转平台10上，其驱动端伸出水平旋转平台10的一侧；

所述俯仰平台16，水平设置在第二个所述驱动机构12的驱动端上，可随第二个所述驱动机构12的驱动端转动而竖直旋转；

所述激光雷达13，位于俯仰平台16的下端且与俯仰平台16固定连接，用于进行激光扫描。

设置两个驱动机构、水平旋转平台、俯仰平台，通过第一个驱动机构带动水平旋转平台在水平面内转动，通过第二个驱动机构带动俯仰平台在竖直面内转动，本三维扫描云台能实现激光雷达水平方向和竖直方向的旋转，提高了激光雷达的扫描范围和测量精度。

其中，还包括套筒6以及固定法兰5；

所述套筒6，上端与安装座1固定连接，下端与固定法兰5连接，内部中空，用于放置第一个所述驱动机构12；

所述固定法兰5，用于安装第一个所述驱动机构12并连接套筒6与水平旋转平台10，第一个所述驱动机构12的驱动端穿过固定法兰5并与水平旋转平台10固定连接。

安装座上连接有固定法兰和套筒，固定法兰用于安装第一个驱动机构，其输出端通过螺钉与水平旋转平台相连，以控制水平旋转平台在水平方向的运动；套筒用于连接安装座和固定法兰，同时保证第一个驱动机构的密闭性和安全性。

其中，所述水平旋转平台10包括底板10.1、第一支架10.2、外罩10.3以及第二支架10.4；

所述底板10.1，与固定法兰5转动连接；

所述第一支架10.2、第二支架10.4分别与底板10.1相对的两侧固定连接，且位于远离固定法兰5的一侧；

所述外罩10.3，与底板10.1、第一支架10.2以及第二支架10.4围成中空结构，所述中空结构用于水平放置第二个所述驱动机构12，所述第一支架10.2设有通孔，第二个所述驱动机构12的驱动端通过所述通孔伸出水平旋转平台10外；

第一个所述驱动机构12的驱动端与底板10.1固定连接。

水平旋转平台的底板与第一支架和第二支架通过第一圆锥销10.6定位连接。出厂前通过仪器打表矫正水平旋转平台的垂直度和同轴度，极大限度的保证了安装精度。水平旋转平台的外罩与第一支架和第二支架结合安装处有密封垫，起到防尘、防水作用，用于保护外罩里面的元器件。

其中，所述俯仰平台16包括雷达安装板16.1、第三支架16.2以及第四支架16.3；

所述雷达安装板16.1，与激光雷达13固定连接，在转动过程中不与外罩10.3接触；

所述第三支架16.2、第四支架16.3分别与雷达安装板16.1相对的两侧固定连接，且位于远离激光雷达13的一侧，第三支架16.2与第二个所述驱动机构12的驱动端固定连接，第四支架16.3与第二支架10.4转动连接。

俯仰平台中雷达安装板与第三支架和第四支架通过第二圆锥销16.4定位连接。出厂前通过仪器打表矫正俯仰平台的垂直度和同轴度，极大限度的保证了安装精度。水平旋转平台的第一支架上装有第二个驱动机构，其输出端通过螺钉与俯仰平台的第三支架相连，另一边水平旋转平台的第二支架通过凸轮导向器18与俯仰平台的第四支架相连，以控制俯仰平台在俯仰方向的运动。由于是双支点支撑，所以三维扫描云台的结构性很稳定，并且云台运行平稳无抖动，也适合大负载运行工况。

其中，还包括两个夹板14；

两个所述夹板14，固定安装在雷达安装板16.1上，与激光雷达13同侧，用于对激光雷达13进行夹紧固定。

雷达安装板上装有激光雷达，激光雷达不仅与雷达安装板通过螺钉连接，并且与其两边的夹板也通过螺钉连接，保证了激光雷达在工作中的紧固性和安全性。

其中，所述水平旋转平台10的第二支架10.4外侧设置有环形刻度尺10.5；

所述俯仰平台16的第四支架16.3上端设置有平探针19，所述平探针19与所述环形刻度尺10.5相对应。

水平旋转平台的第二支架上装有环形刻度尺，通过俯仰平台的第四支架上的平探针可进行激光雷达的水平校准。

其中，还包括安装座密封垫片2、套筒密封垫片7以及压板8；

所述安装座密封垫片2，位于安装座1与套筒6之间，用于对安装座1与套筒6连接处进行密封；

所述套筒密封垫片7，位于套筒6与固定法兰5之间，用于对套筒6与固定法兰5连接处进行密封；

所述压板8，位于固定法兰5与水平旋转平台10之间，用于对固定法兰5与水平旋转平台10连接处进行压紧。

各连接处都安装有密封垫，以提高三维扫描云台机构的防尘、防水性及实用性。

其中，还包括圆环3以及吊环螺钉4；

所述圆环3，固定安装于安装座1上端；

所述吊环螺钉4，固定安装于安装座1上端且位于安装座1正中央。

安装座上的四个角有4个通孔，可通过螺杆等装置吊装在扫描固定结构上。另外安装座上装有圆环和M8吊环螺钉，其中圆环采用普通碳钢材质，可用于吸附有磁性的水平尺，便于激光雷达的水平调节，M8吊环螺钉用于吊装时的吊装位，也可在云台吊装完成后加钢丝绳等，用于三维扫描云台在工作运行中的防坠。

其中，还包括插座安装板25、电源插头23以及信号插头24；

所述插座安装板25，固定安装于套筒6上部；

所述电源插头23以及信号插头24，固定安装于插座安装板25上。

套筒上安装有插座安装板，插座安装板与套筒之间有密封垫，其上安装有电源插头和信号插头，三维扫描云台的线路最终都通过电源插头和信号插头走出。电源插头和信号插头都具有防水功能，能有效降低三维扫描云台使用故障率。

其中，所述驱动机构12为谐波减速一体机。

谐波减速一体机是谐波减速机与力矩电机一体组装，省去减速机与电机的组装工序，保证了安装精度。同时谐波减速机定位精度更高，使得三维扫描云台的控制精度也会更精准。另外在控制方面，电机采用绝对值编码器，双闭环控制，位置反馈值也相较其他云台更准确。

本三维扫描云台，包括两个轴的伺服转动轴，分别为航向角方向轴和俯仰角方向轴，其中航向角的扫描范围为0度至360度，俯仰角的扫描范围为-75度至75度。三维扫描云台伺服传动控制采用专有的伺服控制器，采用Ethercat通信协议，通信速度为2ms，且伺服转动的角分辨率为0.0007度，比目前的二维云台的分辨率要高。各元器件都有固定位置，如电池卡口20、接线座11等，这样保证了三维扫描云台运行时元器件不会随之摆动；同时套筒和水平旋转平台采用的是中空结构，电气走线很方便，三维扫描云台旋转时无绕线情况发生。旋转轴部分和各部件的连接处都增加了密封垫，可以实现防水功能。除谐波减速一体机、密封垫等外购件外，三维扫描云台大部分材质为高强度铝合金材质，数控精密加工，既保证了三维扫描云台的机械刚性和轻量化，又确保了三维扫描云台机械运动的精准度。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于激光雷达的三维扫描云台，其特征在于：所述三维扫描云台包括：

安装座(1)、两个驱动机构(12)、水平旋转平台(10)、俯仰平台(16)以及激光雷达(13)；

所述安装座(1)，水平设置在扫描固定结构上；

第一个所述驱动机构(12)，竖直设置在安装座(1)的下端，其驱动端位于远离安装座(1)的一侧；

所述水平旋转平台(10)，水平设置在第一个所述驱动机构(12)的驱动端上，可随第一个所述驱动机构(12)的驱动端转动而水平旋转；

第二个所述驱动机构(12)，水平设置在水平旋转平台(10)上，其驱动端伸出水平旋转平台(10)的一侧；

所述俯仰平台(16)，水平设置在第二个所述驱动机构(12)的驱动端上，可随第二个所述驱动机构(12)的驱动端转动而竖直旋转；

所述激光雷达(13)，位于俯仰平台(16)的下端且与俯仰平台(16)固定连接，用于进行激光扫描。

2.如权利要求1所述的基于激光雷达的三维扫描云台，其特征在于：还包括套筒(6)以及固定法兰(5)；

所述套筒(6)，上端与安装座(1)固定连接，下端与固定法兰(5)连接，内部中空，用于放置第一个所述驱动机构(12)；

所述固定法兰(5)，用于安装第一个所述驱动机构(12)并连接套筒(6)与水平旋转平台(10)，第一个所述驱动机构(12)的驱动端穿过固定法兰(5)并与水平旋转平台(10)固定连接。

3.如权利要求2所述的基于激光雷达的三维扫描云台，其特征在于：所述水平旋转平台(10)包括底板(10.1)、第一支架(10.2)、外罩(10.3)以及第二支架(10.4)；

所述底板(10.1)，与固定法兰(5)转动连接；

所述第一支架(10.2)、第二支架(10.4)分别与底板(10.1)相对的两侧固定连接，且位于远离固定法兰(5)的一侧；

所述外罩(10.3)，与底板(10.1)、第一支架(10.2)以及第二支架(10.4)围成中空结构，所述中空结构用于水平放置第二个所述驱动机构(12)，所述第一支架(10.2)设有通孔，第二个所述驱动机构(12)的驱动端通过所述通孔伸出水平旋转平台(10)外；

第一个所述驱动机构(12)的驱动端与底板(10.1)固定连接。

4.如权利要求3所述的基于激光雷达的三维扫描云台，其特征在于：所述俯仰平台(16)包括雷达安装板(16.1)、第三支架(16.2)以及第四支架(16.3)；

所述雷达安装板(16.1)，与激光雷达(13)固定连接，在转动过程中不与外罩(10.3)接触；

所述第三支架(16.2)、第四支架(16.3)分别与雷达安装板(16.1)相对的两侧固定连接，且位于远离激光雷达(13)的一侧，第三支架(16.2)与第二个所述驱动机构(12)的驱动端固定连接，第四支架(16.3)与第二支架(10.4)转动连接。

5.如权利要求4所述的基于激光雷达的三维扫描云台，其特征在于：还包括两个夹板(14)；

两个所述夹板(14)，固定安装在雷达安装板(16.1)上，与激光雷达(13)同侧，用于对激光雷达(13)进行夹紧固定。

6.如权利要求4所述的基于激光雷达的三维扫描云台，其特征在于：所述水平旋转平台(10)的第二支架(10.4)外侧设置有环形刻度尺(10.5)；

所述俯仰平台(16)的第四支架(16.3)上端设置有平探针(19)，所述平探针(19)与所述环形刻度尺(10.5)相对应。

7.如权利要求2所述的基于激光雷达的三维扫描云台，其特征在于：还包括安装座密封垫片(2)、套筒密封垫片(7)以及压板(8)；

所述安装座密封垫片(2)，位于安装座(1)与套筒(6)之间，用于对安装座(1)与套筒(6)连接处进行密封；

所述套筒密封垫片(7)，位于套筒(6)与固定法兰(5)之间，用于对套筒(6)与固定法兰(5)连接处进行密封；

所述压板(8)，位于固定法兰(5)与水平旋转平台(10)之间，用于对固定法兰(5)与水平旋转平台(10)连接处进行压紧。

8.如权利要求1所述的基于激光雷达的三维扫描云台，其特征在于：还包括圆环(3)以及吊环螺钉(4)；

所述圆环(3)，固定安装于安装座(1)上端；

所述吊环螺钉(4)，固定安装于安装座(1)上端且位于安装座(1)正中央。

9.如权利要求2所述的基于激光雷达的三维扫描云台，其特征在于：还包括插座安装板(25)、电源插头(23)以及信号插头(24)；

所述插座安装板(25)，固定安装于套筒(6)上部；

所述电源插头(23)以及信号插头(24)，固定安装于插座安装板(25)上。

10.如权利要求1所述的基于激光雷达的三维扫描云台，其特征在于：所述驱动机构(12)为谐波减速一体机。