基於環形外轉子電機的線掃描雷射雷達的製作方法

2023-10-06 15:27:45 3

本實用新型涉及雷射測量技術領域，具體涉及一種基於環形外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環形外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：

一種基於環形外轉子電機的線掃描雷射雷達，包括電機轉子1，電機的定子與軸承2，與電機轉子1連接的測角傳感器6；與測角傳感器6連接的中央計算機7，與中央計算機7連接的雷射器4，固定於雷射器4發射光路上的發射透鏡8，固定於雷射器4發射光路且與外轉子電機1的轉子固連的反射裝置3，固定於反射裝置3反射光路上的匯聚鏡頭9，固定於匯聚鏡頭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與中央計算機7相連接；還包括與電機轉子1固連的永磁體15，纏繞在電機定子2上的線圈16；所述電機轉子1與電機定子2是空心圓柱狀，發射雷射和接收雷射均從中穿過。

所述電機轉子1外側的內壁上嵌有永磁體15，永磁體15沿圓周方向均勻排列，電機轉子1內側的外壁與軸承12的內環固連，電機轉子1能夠隨軸承內環的轉動而轉動。

所述電機定子2的外側繞有線圈16，電機定子2的內側與軸承12的外環固連。

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。

與現有技術相比，本實用新型有以下優點：

1.本實用新型電機的定子與軸承區別於普通電機的實心軸承，將電機的定子與軸承設計成空心圓柱狀，雷射可以從定子與軸承中穿過；把反射裝置固定於電機轉子上，電機轉子帶動反射裝置旋轉，從而實現360全覆蓋掃描，這種方案與傳統方案相比，不需要滑環，從而降低了成本，延長了雷射雷達的使用壽命，提高了雷達的掃描頻率。

2.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。

3.本發明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。

4.本發明設計的掃描裝置，有利於減小環形電機的徑向尺寸，適合在徑向空間較狹小的環境下使用。

附圖說明

圖1為本實用新型基於環形外轉子電機的線掃描雷射雷達結構圖。

圖2為本實用新型電機轉子與反射裝置固連的示意圖。

圖3為本實用新型裝置中環形外轉子電機俯視剖面圖。

圖4為本本實用新型裝置中環形外轉子電機主視剖面圖。

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環形外轉子電機的線掃描雷射雷達，包括電機轉子1，電機的定子與軸承2，與電機轉子1連接的測角傳感器6；與測角傳感器6連接的中央計算機7，與中央計算機7連接的雷射器4，固定於雷射器4發射光路上的發射透鏡8，固定於雷射器4發射光路且與外轉子電機1的轉子固連的反射裝置3，固定於反射裝置3反射光路上的匯聚鏡頭9，固定於匯聚鏡頭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與中央計算機7相連接。

如圖3和圖4所示，所述電機轉子1外側的內壁上嵌有永磁體15，永磁體15沿圓周方向均勻排列，電機轉子1內側的外壁與軸承12的內環固連，電機轉子1能夠隨軸承內環的轉動而轉動。所述電機定子2的外側繞有線圈16，電機定子2的內側與軸承12的外環固連。

如圖2所示，所述反射裝置3，固定於電機的轉子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。

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環形外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：

中央計算機7輸出控制雷射器4的信號控制雷射器4發出脈衝雷射，脈衝雷射穿過電機轉子1和電機定子2的中心後照射到反射裝置3上，經過反射裝置3的反射後，脈衝雷射照射到目標上；

電機轉子1轉動時帶動固定於其上的第二反射裝置3同時轉動，從而將照射到第二反射裝置3的豎直方向雷射變為水平方向的雷射，並實現360°掃描，中央計算機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)時刻轉過的角度；

目標反射的雷射經過反射裝置3反射成豎直方向的雷射並穿過電機轉子1與電機定子2的中心，經匯聚鏡頭9匯聚作用後，被雷射探測器10接收，以便雷射測距模塊5進行後續處理；

當雷射探測器10接收到返回來的雷射後，雷射測距模塊5通過測量發射雷射脈衝時間t1和接收雷射脈衝時間t2之間的時間差計算目標的距離，中央計算機7再讀取雷射測距模塊5計算的目標的距離，實現對360°目標的掃描探測。