CN105785381A - 旋转扫描激光雷达及相应的激光测距方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋转扫描激光雷达及相应的激光测距方法，其中包括旋转扫描组件、基座组件和通讯收发器，所述的旋转扫描组件包括激光测距传感器和角度传感器，所述的基座组件包括基座处理器和驱动电机，所述的驱动电机驱动所述的旋转扫描组件旋转，所述的激光测距传感器和角度传感器的检测数据通过光通讯收发器发送至所述的基座处理器，处理结果通过所述的基座处理器向外发送。采用该种结构的旋转扫描激光雷达及相应的激光测距方法，没有复杂的光学***，传感器安装的不受旋转机械结构制约，制造维护更方便，成本低，电机空心轴可以作为中心轴直接驱动旋转扫描部分，减少机械结构引起的精度误差，机械磨损少，寿命长，具有更广泛的应用范围。

Description

旋转扫描激光雷达及相应的激光测距方法

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，尤其涉及激光测距传感器技术领域，具体是指一种旋转扫描激光雷达及相应的激光测距方法。

背景技术

在以往的激光雷达装置中，一种方式是将调制的光从其一个面透射到待成像的表面的旋转多面多棱镜。透射和接收的光之间的调制相差然后用于计算该表面距扫描***的距离。这种方式光学器件和机械扫描装置复杂，因而昂贵。

第二种实现方式，例如：CN201120430175.8车载四线激光雷达***及其电路中公开的，激光器扫描***电路通过滑环接线端与驱动电路进行滑动电气连接，由于滑环其安装固定是一个非常有难度的问题，与旋转轴的同轴度会影响滑环的使用寿命进而使装置整体的寿命变短。

第三种方式如CN201510631006.3一种激光测距雷达及其供电方法和CN201520245655.5非接触供电的低成本360度激光测距雷达公开的，通过非接触无线供电模块对旋转部分进行供电，同时测量通讯方式也无线电磁通讯，由于无线电力传输其实就是透过功率较高的电磁波之电磁感应，因此测量传感数据可能会受到干扰导致数据失真。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够实现整体结构简单、不易被电磁信号干扰、具有更广泛应用范围的旋转扫描激光雷达及相应的激光测距方法。

为了实现上述目的，本发明的旋转扫描激光雷达及相应的激光测距方法具有如下构成：

该旋转扫描激光雷达，其主要特点是，所述的雷达包括旋转扫描组件、基座组件和通讯收发器，所述的旋转扫描组件包括激光测距传感器和角度传感器，所述的基座组件包括基座处理器和驱动电机，所述的驱动电机驱动所述的旋转扫描组件旋转，所述的通讯收发器为光通讯收发器，所述的激光测距传感器和角度传感器的检测数据通过光通讯收发器发送至所述的基座处理器，处理结果通过所述的基座处理器向外发送。

较佳地，所述的角度传感器为绝对值编码器。

较佳地，所述的激光测距传感器和角度传感器的检测数据通过光通讯发送至所述的基座处理器。

较佳地，所述的驱动电机的中空轴与所述的旋转扫描组件相连接并带动所述的旋转扫描组件旋转。

较佳地，所述的激光测距传感器为Lidarlite收发一体化激光传感器。

较佳地，所述的旋转扫描组件还包括旋转扫描组件处理器，所述的激光测距传感器和角度传感器通过I2C或SPI通讯方式将检测数据传输至所述的旋转扫描组件处理器。

较佳地，所述的雷达还包括充电电路，所述的旋转扫描组件还包括蓄电池，所述的蓄电池通过所述的充电电路进行充电。

本发明还涉及一种基于所述的旋转扫描激光雷达的激光测距方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

(1)启动所述的驱动电机带动所述的旋转扫描组件旋转；

(2)所述的激光测距传感器将检测到的距离数据发送至所述的基座处理器；

(3)所述的角度传感器将检测到的角度数据发送至所述的基座处理器；

(4)所述的基座处理器对所述的距离数据和角度数据进行处理并输出处理结果。

较佳地，所述的雷达还包括充电电路，所述的旋转扫描组件还包括蓄电池，所述的步骤(1)之前，还包括以下步骤：

(0)将所述的充电线路和蓄电池相连接为所述的蓄电池进行充电。

采用了该发明中的旋转扫描激光雷达及相应的激光测距方法，具有如下有益效果：

(1)旋转部分具有较小的体积，转动惯量小，振动环境下稳定性好；

(2)没有复杂的光学***，传感器安装的不受旋转机械结构制约，制造维护更方便，成本低；

(3)电机空心轴可以作为中心轴直接驱动旋转扫描部分，减少机械结构引起的精度误差，机械磨损少，寿命长；

(4)旋转扫描部分的激光测量数据与基座通过光通讯稳定可靠，不易被电磁信号干扰；

(5)蓄能电池可以保证旋转激光测量部分的稳定供电；

(6)充电方式采用导体接触，充电机构可以伸缩搭接导电环，优选在非旋转状态时充电，磨损小，并且成本低，具有更广泛的应用范围。

附图说明

图1为本发明的旋转扫描激光雷达的结构示意图。

图2为本发明的电机中空轴及充电部分的结构示意图。

附图标记：

1旋转扫描组件

11激光测距传感器

12编码器

13蓄电池

2基座

21电机中空轴

22电机

3通讯收发器

4充电线路

5中空轴

6导电环

7触点

8电磁铁

9衔铁

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

如图1所示，本发明提供了一种新型旋转扫描激光雷达，通过电机旋转一维激光测距传感器11，结合角度传感器12信息形成二维或三维雷达。旋转角度信息通过绝对值编码器来提供。

旋转扫描组件1与基座2的通讯及供电连接，不再通过滑环进行运转时电气连接。没有机械磨损，降低加工和安装的要求。电机中空轴5可以作为中心轴直接驱动旋转扫描组件1，减少机械结构引起的精度误差。

旋转扫描组件1测量的信息，经过光通讯传输到基座2。

旋转扫描组件1由蓄电池13提供电能，保障传感器及旋转扫描组件1其他电路的稳定供电。旋转扫描组件的充电线路通过电机中空轴5连接到轴外侧导电环6。

基座2中的充电机构可以伸缩搭接导电环6，优选在非旋转状态时充电。

图一实施例：

在旋转扫描组件1中，激光测距传感器11可以采用Lidarlite收发一体化激光传感器，传感器原始测量数据通过SPI通讯方式传输到处理器中。

角度传感器12采用磁编码器方案，编码器通过SPI通讯将绝对值位置角度信息传输到处理器中，处理器将接收到的测距原始信息做算法处理，结合绝对位置角度信息，形成二维雷达点云数据。旋转扫描组件中的数据光发送模块3与基座2中的光数据接收模块3进行数据传输。

数据传输方式可以采用红外线收发通讯技术。

在基座2中，优选地，所述电机驱动模块22为直流无刷电机。转速约300～3000rpm。扫描频率为5～50Hz。

在基座2中的处理器控制电机的运行与通讯处理及充电管理。

旋转扫描组件1由蓄电池13提供电能，保障传感器及旋转扫描部分其他电路的稳定供电，本实施例中采用锂电池供电，旋转扫描组件1的充电接收电路4对锂电池的充电提供变压和保护功能。

如图2所示，为充电结构的示意图，类似继电器的接触方式。充电模块用触点有线连接的方式充电，可以提供较大充电电流，其中所述电池充电线路通过电机中空轴5连接到外侧导电环，基座2中的充电机构可以伸缩搭接滑环，优选在非旋转状态时充电。

采用本发明的激光雷达的激光测距方法包括以下步骤：

雷达自检流程：

1.激光雷达上电；

2.基座电路状态自检；

3.闭合充电机构接触导电环；

4.检测旋转扫描部分蓄能电池电压。

雷达运转流程：

5.雷达开始运行；

6.启动电机；

7.关断充电机构断开导电环；

8.编码器检测到开始旋转；

9.打开激光测距传感器；

10.激光测量距离；

11.编码器测量角度；

12.合并测量信息；

13.建立红外通讯连接；

14.测量信息通过红外通讯传输到基座MCU处理器；

15.基座MCU处理器对数据预处理后转发并输出。

雷达停止运转流程：

16.停止电机；

17.编码器测量旋转停止；

18.关闭激光测距传感器；

19.关闭红外通讯连接；

20.基座MCU处理器对数据预处理后转发雷达通讯输出；

21.雷达停止。

采用了该发明中的旋转扫描激光雷达及相应的激光测距方法，具有如下有益效果：

(1)旋转部分具有较小的体积，转动惯量小，振动环境下稳定性好；

(2)没有复杂的光学***，传感器安装的不受旋转机械结构制约，制造维护更方便，成本低；

(3)电机空心轴可以作为中心轴直接驱动旋转扫描部分，减少机械结构引起的精度误差，机械磨损少，寿命长；

(4)旋转扫描部分的激光测量数据与基座通过光通讯稳定可靠，不易被电磁信号干扰；

(5)蓄能电池可以保证旋转激光测量部分的稳定供电；

(6)充电方式采用导体接触，充电机构可以伸缩搭接导电环，优选在非旋转状态时充电，磨损小，并且成本低，具有更广泛的应用范围。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (9)

1.一种旋转扫描激光雷达，其特征在于，所述的雷达包括旋转扫描组件、基座组件和通讯收发器，所述的旋转扫描组件包括激光测距传感器和角度传感器，所述的基座组件包括基座处理器和驱动电机，所述的驱动电机驱动所述的旋转扫描组件旋转，所述的通讯收发器为光通讯收发器，所述的激光测距传感器和角度传感器的检测数据通过光通讯收发器发送至所述的基座处理器，处理结果通过所述的基座处理器向外发送。

2.根据权利要求1所述的旋转扫描激光雷达，其特征在于，所述的角度传感器为绝对值编码器。

3.根据权利要求1所述的旋转扫描激光雷达，其特征在于，所述的激光测距传感器和角度传感器的检测数据通过光通讯发送至所述的基座处理器。

4.根据权利要求1所述的旋转扫描激光雷达，其特征在于，所述的驱动电机的中空轴与所述的旋转扫描组件相连接并带动所述的旋转扫描组件旋转。

5.根据权利要求1所述的旋转扫描激光雷达，其特征在于，所述的激光测距传感器为收发一体化激光传感器。

6.根据权利要求1所述的旋转扫描激光雷达，其特征在于，所述的旋转扫描组件还包括旋转扫描组件处理器，所述的激光测距传感器和角度传感器通过I2C或SPI通讯方式将检测数据传输至所述的旋转扫描组件处理器。

7.根据权利要求1所述的旋转扫描激光雷达，其特征在于，所述的雷达还包括充电电路，所述的旋转扫描组件还包括蓄电池，所述的蓄电池通过所述的充电电路进行充电。

8.一种基于权利要求1至7中任一项所述的旋转扫描激光雷达的激光测距方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

(1)启动所述的驱动电机带动所述的旋转扫描组件旋转；

(2)所述的激光测距传感器将检测到的距离数据发送至所述的基座处理器；

(3)所述的角度传感器将检测到的角度数据发送至所述的基座处理器；

(4)所述的基座处理器对所述的距离数据和角度数据进行处理并输出处理结果。

9.根据权利要求8所述的激光测距方法，其特征在于，所述的雷达还包括充电电路，所述的旋转扫描组件还包括蓄电池，所述的步骤(1)之前，还包括以下步骤：

(0)将所述的充电线路和蓄电池相连接为所述的蓄电池进行充电。