基於盤式轉子電機的線掃描雷射雷達的製作方法

2023-10-06 15:29:34 2

本實用新型涉及雷射測量技術領域，具體涉及一種基於盤式轉子電機的線掃描雷射雷達。

背景技術：

自主避障技術是無人機，無人車等無人裝備需要解決的關鍵技術，避障能力是檢驗無人設備綜合性能的一個關鍵因素。目前主流的避障技術主要有超聲波和視覺技術。其中超聲波是最簡單的測距系統，成本相對較低，運用方便，但是由於作用距離較近，測距精度不高，而且容易受外界幹擾；視覺技術極易收到光照因素的影響，不能滿足全天候自主避障的需求。

現有的雷射雷達能夠實現360°掃描探測，但現有的方案通常需要使用滑環，從而影響了雷射雷達的使用壽命，而不使用滑環的方案則難以實現360°全覆蓋的探測效果。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本實用新型的目的在於提供一種基於盤式轉子電機的線掃描雷射雷達，能夠實現無人設備的自主避障能力。

為達到以上目的，本實用新型採用如下技術方案：

一種基於盤式轉子電機的線掃描雷射雷達，包括電機轉子1，電機定子2，軸承15，與電機轉子1連接的測角傳感器6；與測角傳感器6連接的系統處理器7，與系統處理器7連接的雷射器4，固定於雷射器4發射光路上的準直透鏡8，固定於雷射器4發射光路且與電機轉子1固連的反射裝置3，固定於反射裝置3反射光路上的聚焦透鏡9，固定於聚焦透鏡9匯聚光路上的雷射探測器10，與雷射探測器10連接的雷射測距模塊5；雷射測距模塊5與系統處理器7相連接；還包括與電機轉子1固連的永磁體16，纏繞在電機定子2上的線圈14；所述電機定子2和電機轉子1均是環形空心盤狀，發射雷射和接收雷射均可從中穿過。

所述電機轉子1位於電機定子2的上端，電機轉子1和電機定子2軸向相連。

所述電機定子2的上表面沿圓周方向均勻地纏繞著線圈14，電機定子2與軸承15的外環外壁固連。

所述電機轉子1下表面嵌有永磁體16，永磁體16沿圓周方向均勻排列；電機轉子1呈空心凸臺狀，電機轉子1的凸臺與軸承內環內壁固連。

所述反射裝置3固定於電機轉子1上，與電機轉子1同時轉動，所述反射裝置3與水平方向成45度夾角。

所述雷射器4發射光路的光軸與雷射探測器10接收光路的光軸相互平行。

所述基於盤式轉子電機的線掃描雷射雷達實現360°掃描測距的方法，包括如下步驟：

步驟一，系統處理器7輸出控制雷射器4的信號控制雷射器4發出脈衝雷射，脈衝雷射經過準直透鏡8準直之後穿過電機定子2和電機轉子1的中心後照射到反射裝置3上，經過反射裝置3的反射後，照射到目標物上；

步驟二，第二反射裝置3與電機轉子1固連，電機轉子1轉動時帶動其轉動，將照射到第二反射裝置3的豎直方向雷射反射成為水平掃描雷射，並對水平面進行360度掃描探測,系統處理器單元7通過測角傳感器6測量電機轉子1在發射雷射照射到反射裝置3時刻的轉角；

步驟三，目標物反射的脈衝雷射經過反射裝置3反射成豎直方向的雷射並穿過電機轉子1和電機定子2的中心後，經聚焦透鏡9匯聚後，被雷射探測器10接收；

步驟四，雷射測距模塊5測量雷射發射脈衝與接收脈衝之間的時間差，獲得目標的距離信息，並將測距結果發送給系統處理器7；實現對目標的360°掃描測距。

與現有技術相比，本實用新型有以下優點：

1.本實用新型電機的轉子、定子及軸承為環形空心盤狀，將電機轉子、定子及軸承設計成空心結構，發射雷射和接收雷射均從中穿過；把反射裝置與電機轉子固連並隨其旋轉，而雷射發射和接收裝置不發生旋轉，該設計方案可以在不使用滑環的情況下實現對周圍環境360°掃描探測，具有結構簡單，可靠性高，價格便宜，使用壽命長等優點。

2.本實用新型雷射發射光軸與接收光軸並不重合，使得掃描的雷射軌跡所在的平面與水平面成一定角度，該特點特別適合於無人機，機器人的避障。

3.使用雷射發射光軸與雷射接收光軸相互平行的方案，具有結構簡單，易於實現，成本低廉的優勢。

4.本實用新型設計的掃描裝置有利於減小系統的軸向尺寸，適合在軸向空間較狹小的環境下使用。

附圖說明

圖1為本實用新型基於盤式轉子電機的線掃描雷射雷達結構圖。

圖2為本實用新型電機與反射裝置固連的示意圖。

圖3為本實用新型盤式轉子電機結構示意圖。

圖4為本發明裝置中盤式轉子電機定子與軸承示意圖，其中圖4a為電機定子與軸承的側視圖，圖4b為電機定子與軸承的俯視圖。

圖5為本發明裝置中盤式轉子電機動子示意圖，其中圖5a為電機轉子的側視圖，圖5b為電機轉子的俯視圖。

具體實施方式

以下結合附圖及具體實施例對本實用新型作進一步的詳細描述。應理解這些實施例僅用於說明本實用新型而不用於限制本實用新型的範圍，在閱讀了本實用新型之後，本領域技術人員對本實用新型的各種等價形式的修改均落於本申請所附權利要求所限定的範圍。

如圖1所示，本實用新型一種基於盤式轉子電機的線掃描雷射雷達，包括電機轉子1，電機定子2，軸承15，與電機轉子1連接的測角傳感器6；與測角傳感器6連接的系統處理器7，與系統處理器7連接的雷射器4，固定於雷射器4發射光路上的準直透鏡8，固定於雷射器4發射光路且與盤式轉子電機的轉子1固連的反射裝置3，固定於反射裝置3反射光路上的聚焦透鏡9，固定於聚焦透鏡9匯聚光路上的雷射探測器10，與雷射探測器10連接的雷射測距模塊5；雷射測距模塊5與系統處理器7相連接，所述電機轉子1和電機定子2是空心盤狀，發射雷射和接收雷射均可從中穿過。

如圖2所示，所述反射裝置3，固定於電機轉子1上，與電機轉子1同時轉動，作為優選的實施方式，所述反射裝置3與水平方向成45度夾角。

如圖3所示，所述電機轉子(1)位於電機定子(2)的上端，電機轉子(1)和電機定子(2)軸向相連。所述電機定子2的上表面沿圓周方向均勻地纏繞著線圈14，電機定子2與軸承15的外環外壁固連。所述電機轉子1下表面嵌有永磁體16，永磁體16沿圓周方向均勻排列。電機轉子1呈空心凸臺狀，電機轉子1的凸臺與軸承內環內壁固連。

如圖4(圖4a和圖4b)所示，所述電機定子2是繞有線圈14和帶有軸承15的空心盤狀，發射雷射和接收雷射均從中穿過。

如圖5(圖5a和圖5b)所示，所述電機轉子1為帶有永磁體16的空心盤狀，發射雷射和接收雷射均從中穿過。

作為優選的實施方式，所述雷射器4發射光路的光軸與雷射探測器10接收光路的光軸相互平行。

本實用新型所述基於盤式轉子電機的線掃描雷射雷達實現360°掃描測距的方法，包括如下步驟：

系統處理器(7)輸出控制雷射器(4)的信號控制雷射器(4)發出脈衝雷射，脈衝雷射經過準直透鏡(8)準直之後穿過電機的定子(2)和電機轉子(1)的中心後照射到反射裝置(3)上，經過反射裝置(3)的反射後，照射到目標物上；

第二反射裝置(3)與電機轉子(1)固連，電機轉子(1)轉動時帶動其轉動，將照射到第二反射裝置(3)的豎直方向雷射反射成為水平掃描雷射，並對水平面進行360度掃描探測,系統處理器單元(7)通過測角傳感器(6)測量電機轉子(1)在發射雷射照射到第二反射裝置(3)時刻的轉角；

目標物反射的脈衝雷射經過反射裝置(3)反射成豎直方向的雷射並穿過電機轉子(1)和電機定子(2)的中心後，經聚焦透鏡(9)匯聚後，被雷射探測器(10)接收；

雷射測距模塊(5)測量雷射發射脈衝與接收脈衝之間的時間差，獲得目標的距離信息，並將測距結果發送給系統處理器(7)實現對目標的360°掃描測距。