本發(fā)明涉及多線掃描式激光雷達(dá)領(lǐng)域，具體涉及一種多線360°掃描式激光雷達(dá)及其實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

多線360°掃描激光雷達(dá)在無人駕駛汽車上具有十分重要的作用，目前該類型的激光雷達(dá)主要采用美國(guó)Velodyne公司研制的多線激光發(fā)射/接收一體化的掃描方案，該方案使用高性能滑環(huán)實(shí)現(xiàn)能量及信號(hào)的傳輸，但高性能滑環(huán)質(zhì)量和體積比較大，而且非常價(jià)格昂貴，導(dǎo)致多線360°激光雷達(dá)的售價(jià)非常高,系統(tǒng)體積質(zhì)量都比較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)這一問題，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種基于環(huán)形電機(jī)的多線360°掃描式激光雷達(dá)及其實(shí)現(xiàn)方法，該方案不需要使用滑環(huán)即可實(shí)現(xiàn)能量及信號(hào)的非接觸式傳輸，而且，成本低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種多線360°掃描式激光雷達(dá)，包括環(huán)形電機(jī)4，環(huán)形電機(jī)4包括電機(jī)轉(zhuǎn)子14和電機(jī)定子13，電機(jī)轉(zhuǎn)子14分為中空筒狀結(jié)構(gòu)和沿中空筒狀上端部向外延伸的中空環(huán)狀結(jié)構(gòu)兩部分，中空筒狀結(jié)構(gòu)從軸承15的中心穿過，且與軸承15的內(nèi)環(huán)固連，中空環(huán)狀結(jié)構(gòu)底部壁上鑲嵌有磁片16；電機(jī)定子13為空心盤狀，其內(nèi)壁與軸承15外環(huán)固連，上端部均勻的纏繞著多個(gè)線圈17，電機(jī)定子13纏繞線圈的端面平行于電機(jī)轉(zhuǎn)子14的中空環(huán)狀結(jié)構(gòu)；多線測(cè)距子系統(tǒng)2固連于電機(jī)轉(zhuǎn)子14的中空環(huán)狀結(jié)構(gòu)上，第一無線數(shù)據(jù)發(fā)射與接收模塊3固定在電機(jī)轉(zhuǎn)子14的內(nèi)部中空筒狀結(jié)構(gòu)的對(duì)稱軸上，并與多線測(cè)距子系統(tǒng)2通過導(dǎo)線連接；中空結(jié)構(gòu)支架18固定于電機(jī)定子13底端，送電線圈5固連于中空結(jié)構(gòu)支架18內(nèi)，且位于接收線圈6上方，接收線圈6固連于線圈盤7，且通過導(dǎo)線與多線測(cè)距子系統(tǒng)2連接，線圈盤7為空心圓環(huán)狀，固連于電機(jī)轉(zhuǎn)子14的內(nèi)部中空筒狀結(jié)構(gòu)底部外側(cè)，線圈盤7隨電機(jī)轉(zhuǎn)子14的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，光電碼盤9為空心圓環(huán)狀且固連在線圈盤7底部，并且光電碼盤9隨線圈盤7轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，光電開關(guān)8固連于中央管理單元11上，并通過導(dǎo)線與中央管理單元11相連，光電開關(guān)8能夠探測(cè)到光電碼盤9的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)，第二無線數(shù)據(jù)發(fā)射與接收模塊10固連在中央管理模塊11上，且位于電機(jī)轉(zhuǎn)子14的中空筒狀結(jié)構(gòu)的對(duì)稱軸上，第二無線數(shù)據(jù)發(fā)射與接收模塊10通過導(dǎo)線與中央管理模塊11連接，電機(jī)定子13上的線圈17和送電線圈5也與中央管理模塊11連接；

所述所述電機(jī)定子13、電機(jī)轉(zhuǎn)子14、軸承15、送電線圈5、接收線圈6、線圈盤7和光電碼盤9均為中空的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，且對(duì)稱軸均重合，第一無線數(shù)據(jù)發(fā)射和接收模塊3和第二無線數(shù)據(jù)發(fā)射和接收模塊10利用中空結(jié)構(gòu)進(jìn)行無線數(shù)據(jù)通訊。

所述送電線圈5通過中空結(jié)構(gòu)支架18與電機(jī)定子13固連，接收線圈6通過線圈盤7與電機(jī)轉(zhuǎn)子14固連，并利用電機(jī)定子13和電機(jī)轉(zhuǎn)子14的中空結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)無線能量傳輸。

所述多線360°掃描式激光雷達(dá)的所有部件均包覆在外殼1內(nèi)。

所述第一無線數(shù)據(jù)發(fā)射與接收模塊2和第二無線數(shù)據(jù)發(fā)射與接收模塊10使用基于光的無線數(shù)據(jù)發(fā)射和接收模塊。

所述多線360°掃描式激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)360°掃描的方法，包括如下步驟：

步驟一：中央管理模塊11通過導(dǎo)線給環(huán)形電機(jī)4的電機(jī)定子13上的線圈17通電，并驅(qū)動(dòng)環(huán)形電機(jī)4的電機(jī)轉(zhuǎn)子14旋轉(zhuǎn)；

步驟二：中央管理模塊11通過導(dǎo)線給送電線圈5通電并產(chǎn)生電磁波，將電能傳輸給接收線圈6，多線激光測(cè)距子系統(tǒng)2與接收線圈6相連，并對(duì)接收線圈6輸出的電流進(jìn)行整形，并最終獲得穩(wěn)定的直流電源；

步驟三：環(huán)形電機(jī)4的電機(jī)轉(zhuǎn)子14轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)線圈盤7和光電碼盤9轉(zhuǎn)動(dòng)，光電碼盤9的轉(zhuǎn)動(dòng)觸發(fā)光電開關(guān)8生成脈沖信號(hào)，中央管理模塊(11)讀取該脈沖信號(hào)并測(cè)量出轉(zhuǎn)子的位置信息；

步驟四：中央管理模塊11接收到光電開關(guān)8輸出的脈沖信號(hào)后，觸發(fā)第二無線數(shù)據(jù)發(fā)送和接收模塊10發(fā)送一個(gè)激光發(fā)射指令信號(hào)給第一無線數(shù)據(jù)發(fā)送和接收模塊3；

步驟五：第一無線數(shù)據(jù)發(fā)送和接收模塊3將激光發(fā)射指令發(fā)送給多線激光測(cè)距子系統(tǒng)2，多線激光測(cè)距子系統(tǒng)2發(fā)射多束激光到目標(biāo)上，并探測(cè)到從目標(biāo)返回的激光信號(hào)，測(cè)量目標(biāo)的距離信息；

步驟六：多線激光測(cè)距子系統(tǒng)2將測(cè)量到的多路目標(biāo)距離信息發(fā)送給第一無線數(shù)據(jù)發(fā)送和接收模塊3，第一無線數(shù)據(jù)發(fā)送和接收模塊3將該信息發(fā)送給第二無線數(shù)據(jù)發(fā)送和接收模塊10，第二無線數(shù)據(jù)發(fā)送和接收模塊10將多路目標(biāo)的距離信息發(fā)送給中央管理模塊11；

步驟七：中央管理模塊11將多路目標(biāo)的距離信息和步驟三中測(cè)量出的轉(zhuǎn)子位置信息對(duì)應(yīng)起來，就獲得了一組激光雷達(dá)的探測(cè)數(shù)據(jù)；

步驟八：環(huán)形電機(jī)4不斷旋轉(zhuǎn)，重復(fù)步驟三至步驟七，就能夠獲取360°視場(chǎng)范圍內(nèi)的目標(biāo)距離和位置信息。

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

本發(fā)明專利將電機(jī)轉(zhuǎn)子和電機(jī)定子設(shè)計(jì)成中空結(jié)構(gòu)，并通過無線數(shù)據(jù)通訊實(shí)現(xiàn)信息的傳輸，利用送電線圈和接收線圈實(shí)現(xiàn)能量的傳輸，避免使用傳統(tǒng)方案中的滑環(huán)，從而提高系統(tǒng)的可靠性及使用壽命，同時(shí)有助于降低系統(tǒng)的質(zhì)量和成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明多線360°掃描式激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)剖視圖。

圖2為本發(fā)明多線360°掃描式激光雷達(dá)裝配示意圖。

圖3為本發(fā)明多線360°掃描式激光雷達(dá)工作流程示意圖。

圖4為本發(fā)明環(huán)形電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明環(huán)形電機(jī)定子結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明環(huán)形電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1、圖2、圖4、圖5和圖6所示，本發(fā)明一種多線360°掃描式激光雷達(dá)，包括環(huán)形電機(jī)4，環(huán)形電機(jī)4包括電機(jī)轉(zhuǎn)子14和電機(jī)定子13，電機(jī)轉(zhuǎn)子14分為中空筒狀結(jié)構(gòu)和沿中空筒狀上端部向外延伸的中空環(huán)狀結(jié)構(gòu)兩部分，中空筒狀結(jié)構(gòu)從軸承15的中心穿過，且與軸承15的內(nèi)環(huán)固連，中空環(huán)狀結(jié)構(gòu)底部壁上鑲嵌有磁片16；電機(jī)定子13為空心盤狀，其內(nèi)壁與軸承15外環(huán)固連，上端部均勻的纏繞著多個(gè)線圈17，電機(jī)定子13纏繞線圈的端面平行于電機(jī)轉(zhuǎn)子14的中空盤狀結(jié)構(gòu)；多線測(cè)距子系統(tǒng)2固連于電機(jī)轉(zhuǎn)子14的中空環(huán)狀結(jié)構(gòu)上，第一無線數(shù)據(jù)發(fā)射與接收模塊3固定在電機(jī)轉(zhuǎn)子14的內(nèi)部中空筒狀結(jié)構(gòu)的對(duì)稱軸上，并與多線測(cè)距子系統(tǒng)2通過導(dǎo)線連接；中空結(jié)構(gòu)支架18上固定于電機(jī)定子13底端，送電線圈5固連于中空結(jié)構(gòu)支架18內(nèi)，接收線圈6固連于線圈盤7，且通過導(dǎo)線與多線測(cè)距子系統(tǒng)2連接，線圈盤7為空心圓環(huán)狀，固連于電機(jī)轉(zhuǎn)子14的內(nèi)部中空筒狀結(jié)構(gòu)底部外側(cè)，線圈盤7隨電機(jī)轉(zhuǎn)子14的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，光電碼盤9為空心圓環(huán)狀且固連在線圈盤7底部，并且光電碼盤9隨線圈盤7轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，光電開關(guān)8固連于中央管理單元11上，并通過導(dǎo)線與中央管理單元11相連，光電開關(guān)8能夠探測(cè)到光電碼盤9的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)，第二無線數(shù)據(jù)發(fā)射與接收模塊10固連在中央管理模塊11上，且位于電機(jī)轉(zhuǎn)子14的中空筒狀結(jié)構(gòu)的對(duì)稱軸上，第二無線數(shù)據(jù)發(fā)射與接收模塊10通過導(dǎo)線與中央管理模塊11連接，電機(jī)定子13上的線圈17和送電線圈5也與中央管理模塊11連接；

所述送電線圈5通過中空結(jié)構(gòu)支架18與電機(jī)定子13固連，接收線圈6通過線圈盤與電機(jī)轉(zhuǎn)子14固連，并利用電機(jī)定子13和電機(jī)轉(zhuǎn)子14的中空結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)無線能量傳輸。

作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述第一無線數(shù)據(jù)發(fā)射與接收模塊3和第二無線數(shù)據(jù)發(fā)射與接收模塊10均位于環(huán)形電機(jī)4的對(duì)稱軸上。

作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述多線360°掃描式激光雷達(dá)的所有部件均包覆在外殼1內(nèi)。

所述第一無線數(shù)據(jù)發(fā)射與接收模塊3，第二無線數(shù)據(jù)發(fā)射與接收模塊10作為優(yōu)選方案，使用基于光的無線數(shù)據(jù)發(fā)射和接收模塊。

如圖2，圖3所示，本發(fā)明多線360°掃描式激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)360°掃描的方法，包括如下步驟：

步驟一：中央管理模塊11通過導(dǎo)線給環(huán)形電機(jī)4的定子13上的線圈17通電，并驅(qū)動(dòng)環(huán)形電機(jī)4的電機(jī)轉(zhuǎn)子14旋轉(zhuǎn)；

步驟二：中央管理模塊11通過導(dǎo)線給送電線圈5通電并產(chǎn)生電磁波，將電能傳輸給接收線圈6，多線激光測(cè)距子系統(tǒng)2與接收線圈6相連，并對(duì)接收線圈6輸出的電流進(jìn)行整形，并最終獲得穩(wěn)定的直流電源；

步驟三：環(huán)形電機(jī)4的電機(jī)轉(zhuǎn)子14轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)光電碼盤9轉(zhuǎn)動(dòng)，光電碼盤9的轉(zhuǎn)動(dòng)觸發(fā)光電開關(guān)8生成脈沖信號(hào)，并將該脈沖信號(hào)發(fā)送給中央管理模塊11，中央管理模塊11讀取該脈沖信號(hào)并測(cè)量出轉(zhuǎn)子的位置信息；

步驟四：中央管理模塊11接收到光電開關(guān)8輸出的脈沖信號(hào)后，觸發(fā)第二無線數(shù)據(jù)發(fā)送和接收模塊10發(fā)送一個(gè)激光發(fā)射指令信號(hào)給第一無線數(shù)據(jù)發(fā)送和接收模塊3；

步驟五：第一無線數(shù)據(jù)發(fā)送和接收模塊3將激光發(fā)射指令發(fā)送給多線激光測(cè)距子系統(tǒng)2，多線激光測(cè)距子系統(tǒng)2發(fā)射多束激光到目標(biāo)上，并探測(cè)到從目標(biāo)返回的激光信號(hào)，測(cè)量目標(biāo)的距離信息；

步驟六：多線激光測(cè)距子系統(tǒng)2將測(cè)量到的多路目標(biāo)距離信息發(fā)送給第一無線數(shù)據(jù)發(fā)送和接收模塊3，第一無線數(shù)據(jù)發(fā)送和接收模塊3將該信息發(fā)送給第二無線數(shù)據(jù)發(fā)送和接收模塊10，第二無線數(shù)據(jù)發(fā)送和接收模塊10將多路目標(biāo)的距離信息發(fā)送給中央管理模塊11；

步驟七：中央管理模塊11將多路目標(biāo)的距離信息和步驟三中測(cè)量出的轉(zhuǎn)子位置信息對(duì)應(yīng)起來，就獲得了一組激光雷達(dá)的探測(cè)數(shù)據(jù)；

步驟八：環(huán)形電機(jī)4不斷旋轉(zhuǎn)，重復(fù)步驟三至步驟七，就能夠獲取360°視場(chǎng)范圍內(nèi)的目標(biāo)距離和位置信息。