本發(fā)明涉及激光掃描探測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種基于盤(pán)式轉(zhuǎn)子電機(jī)的掃描式激光測(cè)距裝置及其實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

自主避障技術(shù)是無(wú)人機(jī)，無(wú)人車(chē)等無(wú)人裝備需要解決的關(guān)鍵技術(shù)，避障能力是檢驗(yàn)無(wú)人設(shè)備綜合性能的一個(gè)關(guān)鍵因素。目前主流的避障技術(shù)主要有超聲波和視覺(jué)技術(shù)。其中超聲波是最簡(jiǎn)單的測(cè)距系統(tǒng)，成本相對(duì)較低，運(yùn)用方便，但是由于作用距離較近，測(cè)距精度不高，而且容易受外界干擾；視覺(jué)技術(shù)極易收到光照因素的影響，不能滿(mǎn)足全天候自主避障的需求。

現(xiàn)有的激光雷達(dá)能夠?qū)崿F(xiàn)360°掃描探測(cè)，但現(xiàn)有的方案通常需要使用滑環(huán)，從而影響了激光雷達(dá)的使用壽命，而不使用滑環(huán)的方案則難以實(shí)現(xiàn)360°全覆蓋的探測(cè)效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是在于提供一種基于盤(pán)式轉(zhuǎn)子電機(jī)的掃描式激光測(cè)距裝置及其實(shí)現(xiàn)方法，該方案不需要使用滑環(huán)也可以實(shí)現(xiàn)360°探測(cè)，與現(xiàn)有方案相比具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于盤(pán)式轉(zhuǎn)子電機(jī)的掃描式激光測(cè)距裝置，包括電機(jī)轉(zhuǎn)子1，電機(jī)定子2，軸承15，與電機(jī)轉(zhuǎn)子1連接的測(cè)角傳感器6；還包括激光器5，固定于激光器5發(fā)射端的準(zhǔn)直透鏡9，固定于準(zhǔn)直透鏡9光路上的第一反射裝置12，固定于第一反射裝置12反射光路上且與電機(jī)轉(zhuǎn)子1固連的第二反射裝置3，固定于第二反射裝置3接收光路上的濾光裝置11，固定于濾光裝置11濾光光路上的聚焦透鏡8，固定于聚焦透鏡8匯聚光路上的激光探測(cè)器10；與激光探測(cè)器10連接的激光測(cè)距裝置4；還包括與所述激光器5、激光測(cè)距裝置4和測(cè)角傳感器6連接的系統(tǒng)處理器單元7；還包括與電機(jī)轉(zhuǎn)子固連的永磁體16，纏繞在電機(jī)定子上的線(xiàn)圈14；所述電機(jī)定子2和電機(jī)轉(zhuǎn)子1均是環(huán)形空心盤(pán)狀，發(fā)射激光和接收激光均可從中穿過(guò)。

所述電機(jī)轉(zhuǎn)子1位于電機(jī)定子2的上端，電機(jī)轉(zhuǎn)子1和電機(jī)定子2軸向相連。

所述電機(jī)定子2的上表面沿圓周方向均勻地纏繞著線(xiàn)圈14，電機(jī)定子2與軸承15的外環(huán)外壁固連。

所述電機(jī)轉(zhuǎn)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(jī)轉(zhuǎn)子1呈空心凸臺(tái)狀，電機(jī)轉(zhuǎn)子1的凸臺(tái)與軸承內(nèi)環(huán)內(nèi)壁固連。

所述第一反射裝置12在水平面上投影的面積不大于聚焦透鏡8在水平面上投影面積的三分之一。

所述第一反射裝置12與水平方向成135度夾角；所述的第二反射裝置3與水平方向成45度夾角。

所述基于盤(pán)式轉(zhuǎn)子電機(jī)的掃描式激光測(cè)距裝置實(shí)現(xiàn)測(cè)距的方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟一，系統(tǒng)處理器單元7驅(qū)動(dòng)激光器5發(fā)射激光經(jīng)過(guò)第一反射裝置12反射后，穿過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)子1和電機(jī)定子2的中心照射到第二反射裝置3上，經(jīng)過(guò)反射裝置3的反射后，激光照射到目標(biāo)上；

步驟二，第二反射裝置3與電機(jī)轉(zhuǎn)子1固連，電機(jī)轉(zhuǎn)子1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)，將照射到第二反射裝置3的豎直方向激光反射成為水平掃描激光，并對(duì)水平面進(jìn)行360度掃描探測(cè)，系統(tǒng)處理器單元7通過(guò)測(cè)角傳感器6測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)子1在發(fā)射激光照射到第二反射裝置3時(shí)刻的轉(zhuǎn)角；

步驟三，目標(biāo)反射的激光被第二反射裝置3反射，豎直穿過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)子1和電機(jī)定子2中心后，其中一部分激光在第一反射裝置12處被遮擋損失掉，另一部分則直接經(jīng)濾光裝置11濾光后穿過(guò)聚焦透鏡8，聚焦透鏡8實(shí)現(xiàn)匯聚激光的作用，激光探測(cè)器10接收反射回來(lái)的激光，以便激光測(cè)距裝置4進(jìn)行后續(xù)處理；

步驟四，激光測(cè)距裝置4通過(guò)測(cè)量發(fā)射激光脈沖時(shí)間t₁和接收激光脈沖時(shí)間t₂之間的時(shí)間差計(jì)算目標(biāo)的距離；系統(tǒng)處理器單元7讀取激光測(cè)距裝置4測(cè)量的目標(biāo)的距離，實(shí)現(xiàn)對(duì)360°目標(biāo)的掃描測(cè)距。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn)：

第一，本發(fā)明電機(jī)的轉(zhuǎn)子、定子及軸承為環(huán)形空心盤(pán)狀，將電機(jī)轉(zhuǎn)子、定子及軸承設(shè)計(jì)成空心結(jié)構(gòu)，發(fā)射激光和接收激光均從中穿過(guò)；把反射裝置與電機(jī)轉(zhuǎn)子固連并隨其旋轉(zhuǎn)，而激光發(fā)射和接收裝置不發(fā)生旋轉(zhuǎn)，該設(shè)計(jì)方案可以在不使用滑環(huán)的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)周?chē)h(huán)境360°掃描探測(cè)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，價(jià)格便宜，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

第二，本發(fā)明設(shè)計(jì)的掃描裝置有利于減小系統(tǒng)的軸向尺寸，適合在軸向空間較狹小的環(huán)境下使用。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明基于盤(pán)式轉(zhuǎn)子電機(jī)的掃描式激光測(cè)距裝置結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明裝置中電機(jī)與反射裝置固連的示意圖。

圖3為本發(fā)明裝置中盤(pán)式轉(zhuǎn)子電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明裝置中盤(pán)式轉(zhuǎn)子電機(jī)定子與軸承示意圖，其中圖4a為電機(jī)定子與軸承的側(cè)視圖，圖4b為電機(jī)定子與軸承的俯視圖。

圖5為本發(fā)明裝置中盤(pán)式轉(zhuǎn)子電機(jī)動(dòng)子示意圖，其中圖5a為電機(jī)轉(zhuǎn)子的側(cè)視圖，圖5b為電機(jī)轉(zhuǎn)子的俯視圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。

如圖1所示，本發(fā)明基于盤(pán)式轉(zhuǎn)子電機(jī)的掃描式激光測(cè)距裝置包括電機(jī)轉(zhuǎn)子1，電機(jī)定子2，軸承15，與電機(jī)轉(zhuǎn)子1連接的測(cè)角傳感器6；還包括激光器5，固定于激光器5發(fā)射端的準(zhǔn)直透鏡9，固定于準(zhǔn)直透鏡9光路上的第一反射裝置12，固定于第一反射裝置12反射光路上且與電機(jī)轉(zhuǎn)子1固連的第二反射裝置3，固定于第二反射裝置3接收光路上的濾光裝置11，固定于濾光裝置11濾光光路上的聚焦透鏡8，固定于聚焦透鏡8匯聚光路上的激光探測(cè)器10；與激光探測(cè)器10連接的激光測(cè)距裝置4；還包括與所述激光器5、激光測(cè)距裝置4和測(cè)角傳感器6連接的系統(tǒng)處理器單元7；還包括與電機(jī)轉(zhuǎn)子固連的永磁體16，纏繞在電機(jī)定子上的線(xiàn)圈14；所述電機(jī)定子2和電機(jī)轉(zhuǎn)子1均是環(huán)形空心盤(pán)狀，發(fā)射激光和接收激光均可從中穿過(guò)。

所述第一反射裝置12，反射準(zhǔn)直透鏡9準(zhǔn)直的激光，作為優(yōu)選方案，所述的第一反射裝置12與水平方向成135度夾角時(shí)可以達(dá)到最佳反射效果。

所述第二反射裝置3，固定于電機(jī)轉(zhuǎn)子1上與電機(jī)轉(zhuǎn)子1同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，作為優(yōu)選方案，所述的第二反射裝置3與水平方向成45度夾角時(shí)可以達(dá)到最佳反射效果。

如圖2所示，本發(fā)明中電機(jī)轉(zhuǎn)子與第二反射裝置3相固連的示意圖，第二反射裝置3和電機(jī)轉(zhuǎn)子1固連在一起，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)1時(shí)帶動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)。

如圖3、圖4圖4a、圖4b和圖5圖5a、圖5b所示，所述電機(jī)轉(zhuǎn)子1在電機(jī)定子2的上端，電機(jī)轉(zhuǎn)子1和電機(jī)定子2軸向相連；所述電機(jī)定子2的上表面沿圓周方向均勻地纏繞著線(xiàn)圈14，電機(jī)定子2與軸承15的外環(huán)外壁固連；所述電機(jī)轉(zhuǎn)子1下表面嵌有充磁的永磁體16，永磁體16沿圓周方向均勻排列。電機(jī)轉(zhuǎn)子1呈空心凸臺(tái)狀，電機(jī)轉(zhuǎn)子1與軸承內(nèi)環(huán)內(nèi)壁固連，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子1360°無(wú)障礙旋轉(zhuǎn)。

本發(fā)明裝置實(shí)現(xiàn)測(cè)距的方法如下：系統(tǒng)處理器單元7驅(qū)動(dòng)激光器5發(fā)射激光經(jīng)過(guò)第一反射裝置12反射后，穿過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)子1和電機(jī)定子2的中心照射到第二反射裝置3上，經(jīng)過(guò)反射裝置3的反射后，激光照射到目標(biāo)上；第二反射裝置3與電機(jī)轉(zhuǎn)子1固連，電機(jī)轉(zhuǎn)子1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)，將照射到第二反射裝置3的豎直方向激光反射成為水平掃描激光，并對(duì)水平面進(jìn)行360度掃描探測(cè),系統(tǒng)處理器單元7通過(guò)測(cè)角傳感器6測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)子1在發(fā)射激光照射到第二反射裝置3時(shí)刻的轉(zhuǎn)角；目標(biāo)反射的激光被第二反射裝置3反射，豎直穿過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)子1和電機(jī)定子2中心后，其中一部分激光在第一反射裝置12處被遮擋損失掉，另一部分則直接經(jīng)濾光裝置11濾光后穿過(guò)聚焦透鏡8，聚焦透鏡8實(shí)現(xiàn)匯聚激光的作用，激光探測(cè)器10接收反射回來(lái)的激光，以便激光測(cè)距裝置4進(jìn)行后續(xù)處理；激光測(cè)距裝置4通過(guò)測(cè)量發(fā)射激光脈沖時(shí)間t₁和接收激光脈沖時(shí)間t₂之間的時(shí)間差計(jì)算目標(biāo)的距離；系統(tǒng)處理器單元7讀取激光測(cè)距裝置4測(cè)量的目標(biāo)的距離，實(shí)現(xiàn)對(duì)360°目標(biāo)的掃描測(cè)距。