CN220491042U - 一种具有高密度码盘的激光雷达 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及光电测距领域，公开了一种具有高密度码盘的激光雷达。光电编码器使用双通道读码器，利用双通道读码器读取码盘的转速和旋转方向，同时利用双通道正交输出信号的上升沿与下降沿做码盘细分，结合高LPI为900的码盘，实现出射激光与码盘信号一一对应，解决了电机转速不稳定造成的扫描角度起伏问题。对于增量编码器，双通道输出信号是正交的，即两个周期信号是相同的，但相位偏移90°。正交信号提供旋转方向的信息。正交增量信号通常被解码，以获得多达四倍的基本CPR的上升沿和下降沿。由此可见，LPI为900码盘+双通道读码细分，实现码盘信号与触发激光脉冲一一对应，解决了电机转速不稳造成的图像扫描角定位偏差大的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及光电测距领域，具体涉及一种具有高密度码盘的激光雷达。
背景技术
激光扫描测距技术作是一种高精度的测距方案，因其具有测距极限远、光束指向性高、响应速度快等特点而越来越广泛应用于智能机器人的自主定位导航服务并用于陌生环境识别和环境地图构建。
激光雷达以其扫描形制可分为三类，即机械转扫、振镜扫描和光学相控阵。其中机械转扫的激光雷达为实现角度定位，通常采用光电编码器实现扫描角度的测量与控制。光电编码器上通常包括码盘和读码器，读码器又由光源和光电传感器组成。
基于光源与码盘相互作用的机理不同，光电编码器又可分为反射式和透射式两类。基于码盘的形制不同，光电编码器又可分为增量编码和绝对编码两类。在机械转扫激光雷达的实际实现方案中，通常采用透射式增量光电编码或反射式增量光电编码。
为确保扫描角度精准，测量轮廓的还原度高，要求增量码盘上的栅/齿具有较高的均匀度，在实际应用过程中，由于加工精度不够和安装定位偏差，码盘的栅/齿并不能实现扫描的精确角定位。栅/齿自身宽度的不一致、栅/齿间距离的不一致，码盘整体安装的偏心，都可造成标识角度与真实扫描角度的偏差。
机械转扫的激光雷达通过电机带动实现360度旋转扫描来探测外界环境。为了实时精确地获取激光雷达的水平旋转角度，需要光电编码器来进行角度的测量，以确定激光雷达在水平方向上扫描的角度。
无刷电机是一种高效、可靠、调速范围广、带载能力强的电机类型，因此成为扫描电机的首选。无刷电机的转速细微起伏与扫描测距仪整体性能有紧密关联，因此通常结合码盘结构进行电机转速监测和反馈控速，同时码盘也为扫描提供精准的角度信息。
出于扫描角分辨率的要求，扫描测距仪在电机旋转一圈时间内的发光频率远高于码盘齿数，通常做法是对一个码盘齿周期进行等间隔细分。电机转速的起伏与等间隔细分间形成矛盾，无法保证出射脉冲激光的角度均匀性，造成一帧数据点云角度疏密不同，最终导致点云图形与空间真实轮廓不一致。
实用新型内容
针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种具有高密度码盘的激光雷达，在确保可实现性和加工成本可控的前提下，通过码盘和光电编码器的有效结合，保证码盘信号与触发激光脉冲一一对应。
本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种具有高密度码盘的激光雷达，包括机壳；在机壳上设有
发射单元，配置成向目标空间发射出探测光束；
接收单元，配置成接收所述探测光束被目标物反射的回波；
旋转单元，配置成带动所述发射单元和所述接收单元旋转；
角度测量单元，配置成获取所述旋转单元的角度信息，用于确定发射探测光束的角度；
旋转单元包括由电机驱动的转子部分和与机壳相连的定子部分，角度测量单元包括光电编码器；
其特征在于：光电编码器包括码盘和读码器，码盘固定在定子部分或机壳上，读码器固定在转子部分上；码盘为圆环形状，其LPI为900；读码器采用双通道读码器。
按上述技术方案，定子部分固定设在机壳的底部，电机固定在定子部分上，且输出轴与转子部分相连；转子部分的下表面和定子部分的上表面设有相互平行的环形带，且转子部分的环形带位于定子部分环形带的顶部；码盘固定在定子部分的环形带上，读码器固定在转子部分的环形带上；码盘的轴线和定子部分的旋转中心线重合，且读码器位于码盘栅/齿的正上方。
按上述技术方案，定子部分固定设在机壳的底部，电机固定在定子部分上，且输出轴与转子部分相连；在转子下表面上固定设有读码器，在转子下表面以下区域的机壳上设有码盘；码盘的轴线和定子部分的旋转中心线重合，且读码器位于码盘栅/齿的正上方。
按上述技术方案，角度测量单元设在旋转单元上，接收单元设在转子部分的中部，发射单元设在接收单元的顶部。
按上述技术方案，机壳内设有光学罩，光学罩盖在机壳的顶部，且发射单元和接收单元的工作区域均位于光学罩内。
按上述技术方案，旋转部分的电机采用无刷电机。
按上述技术方案，还包括电源单元，电源单元分为定子部分电源单元和转子部分电源单元，定子部分电源单元固定设在定子部分或机壳上，采用有线连接的方式与外部电源相连；转子部分电源单元固定设在转子部分上，采用无线连接的方式与外部电源相连。
本实用新型具有以下有益效果：
光电编码器使用双通道读码器，利用双通道读码器读取码盘的转速和旋转方向，同时利用双通道正交输出信号的上升沿与下降沿做码盘细分，结合高LPI为900的码盘(LPI指的是“Lines Per Inch”，即每英寸长度内栅/齿对的数量)，实现出射激光与码盘信号一一对应，解决了电机转速不稳定造成的扫描角度起伏问题。
对于增量编码器，双通道输出信号是正交的，即两个周期信号是相同的，但相位偏移90°。正交信号提供旋转方向的信息。正交增量信号通常被解码，以获得多达四倍的基本CPR的上升沿和下降沿。由此可见，LPI为900码盘+双通道读码细分，实现码盘信号与触发激光脉冲一一对应，解决了电机转速不稳造成的图像扫描角定位偏差大的问题。
附图说明
图1是本实用新型提供实施例的结构示意图；
图2是本实用新型提供实施例的码盘的结构示意图；
图中，1、机壳；2、发射单元；3、接收单元；4、旋转单元；4-1、转子部分；4-2、定子部分；5、角度测量单元；5-1、码盘；5-2、读码器；6、光学罩；7-1、定子部分电源单元；7-2、转子部分电源单元。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。
参照图1～图2所示，本实用新型提供的一种具有高密度码盘的激光雷达。
实施例1
包括机壳1；在机壳上设有
发射单元2，配置成向目标空间发射出探测光束；
接收单元3，配置成接收所述探测光束被目标物反射的回波；
旋转单元4，配置成带动所述发射单元和所述接收单元旋转；
角度测量单元5，配置成获取所述旋转单元的角度信息，用于确定发射探测光束的角度；
旋转单元包括由电机驱动的转子部分4-1和与机壳相连的定子部分4-2，角度测量单元包括光电编码器；
其特征在于：光电编码器包括码盘5-1和读码器5-2，码盘固定在定子部分或机壳上，读码器固定在转子部分上；码盘为圆环形状，其LPI为900；读码器采用双通道读码器。
在激光雷达(LIDAR)中，编码器通常被用来测量设备的物理位置或者旋转角度。在这种情况下，LPI指的是“Lines Per Inch”，即每英寸长度内栅/齿对的数量。这是一个描述编码器分辨率的参数，表示编码器在一英寸的物理距离中能够区分的位置数量。每英寸栅/齿对数量越多，编码器的分辨率就越高，能够提供更精确的位置或角度信息。
在本实施例中，光电编码器使用双通道读码器，利用双通道读码器读取码盘的转速和旋转方向，同时利用双通道正交输出信号的上升沿与下降沿做码盘细分，结合高LPI为900的码盘，实现出射激光与码盘信号一一对应，解决了电机转速不稳定造成的扫描角度起伏问题。
对于增量编码器，双通道输出信号是正交的，即两个周期信号是相同的，但相位偏移90°。正交信号提供旋转方向的信息。正交增量信号通常被解码，以获得多达四倍的基本CPR的上升沿和下降沿。由此可见，LPI为900码盘+双通道读码细分，实现码盘信号与触发激光脉冲一一对应，解决了电机转速不稳造成的图像扫描角定位偏差大的问题。
实施例2
实施例2的结构和原理与实施例1的结构和原理接近，其不同之处在于：给出了一种优选的码盘安装方式。
具体为，定子部分固定设在机壳的底部，电机固定在定子部分上，且输出轴与转子部分相连；转子部分的下表面和定子部分的上表面设有相互平行的环形带，且转子部分的环形带位于定子部分环形带的顶部；码盘固定在定子部分的环形带上，读码器固定在转子部分的环形带上；码盘的轴线和定子部分的旋转中心线重合，且读码器位于码盘栅/齿的正上方。
实施例3
实施例3的结构和原理与实施例1的结构和原理接近，其不同之处在于：如图1所示，给出了另一种优选的码盘的安装方式，
具体为，定子部分固定设在机壳的底部，电机固定在定子部分上，且输出轴与转子部分相连；在转子下表面上固定设有读码器，在转子下表面以下区域的机壳上设有码盘；码盘的轴线和定子部分的旋转中心线重合，且读码器位于码盘栅/齿的正上方。
实施例4
实施例4的结构和原理与实施例1-5的结构和原理接近，其不同之处在于：角度测量单元设在旋转单元上，接收单元设在转子部分的中部，发射单元设在接收单元的顶部。
实施例5
实施例5的结构和原理与实施例1-4的结构和原理接近，其不同之处在于：机壳内设有光学罩6，光学罩盖在机壳的顶部，且发射单元和接收单元的工作区域均位于光学罩内。
实施例6
实施例6的结构和原理与实施例1的结构和原理接近，其不同之处在于：旋转部分的电机采用无刷电机。无刷电机在激光雷达中使用，具备效率高、可靠性高、调速范围广、带载能量强的特点。
实施例7
实施例7的结构和原理与实施例1的结构和原理接近，其不同之处在于：还包括电源单元，电源单元分为定子部分电源单元7-1和转子部分电源单元7-2，定子部分电源单元固定设在定子部分或机壳上，采用有线连接的方式与外部电源相连；转子部分电源单元固定设在转子部分上，采用无线连接的方式与外部电源相连。
以上的仅为本实用新型的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等效变化，仍属本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.一种具有高密度码盘的激光雷达，包括机壳；在机壳上设有
发射单元，配置成向目标空间发射出探测光束；
接收单元，配置成接收所述探测光束被目标物反射的回波；
旋转单元，配置成带动所述发射单元和所述接收单元旋转；
角度测量单元，配置成获取所述旋转单元的角度信息，用于确定发射探测光束的角度；
旋转单元包括由电机驱动的转子部分和与机壳相连的定子部分，角度测量单元包括光电编码器；
其特征在于：光电编码器包括码盘和读码器，码盘固定在定子部分或机壳上，读码器固定在转子部分上；码盘为圆环形状，其LPI为900；读码器采用双通道读码器。
2.根据权利要求1所述的具有高密度码盘的激光雷达，其特征在于：定子部分固定设在机壳的底部，电机固定在定子部分上，且输出轴与转子部分相连；转子部分的下表面和定子部分的上表面设有相互平行的环形带，且转子部分的环形带位于定子部分环形带的顶部；码盘固定在定子部分的环形带上，读码器固定在转子部分的环形带上；码盘的轴线和定子部分的旋转中心线重合，且读码器位于码盘栅/齿的正上方。
3.根据权利要求1所述的具有高密度码盘的激光雷达，其特征在于：定子部分固定设在机壳的底部，电机固定在定子部分上，且输出轴与转子部分相连；在转子下表面上固定设有读码器，在转子下表面以下区域的机壳上设有码盘；码盘的轴线和定子部分的旋转中心线重合，且读码器位于码盘栅/齿的正上方。
4.根据权利要求2或3所述的具有高密度码盘的激光雷达，其特征在于：角度测量单元设在旋转单元上，接收单元设在转子部分的中部，发射单元设在接收单元的顶部。
5.根据权利要求2或3所述的具有高密度码盘的激光雷达，其特征在于：机壳内设有光学罩，光学罩盖在机壳的顶部，且发射单元和接收单元的工作区域均位于光学罩内。
6.根据权利要求1所述的具有高密度码盘的激光雷达，其特征在于：旋转部分的电机采用无刷电机。
7.根据权利要求1所述的具有高密度码盘的激光雷达，其特征在于：还包括电源单元，电源单元分为定子部分电源单元和转子部分电源单元，定子部分电源单元固定设在定子部分或机壳上，采用有线连接的方式与外部电源相连；转子部分电源单元固定设在转子部分上，采用无线连接的方式与外部电源相连。
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