[发明专利]一种基于多关节机械臂的激光雷达

说明书

本发明公开了一种基于多关节机械臂的激光雷达。本发明将激光雷达光学望远镜集成到机械臂中，一方面，由于机械臂的自由度多，可实现任意角度和方向的运动，因此，基于机械臂的激光雷达可实现任意的扫描模式，如VAD扫描，RHI扫描，PPI扫描，以及螺旋形、正弦形或三角波形的扫描模式；另一方面，通过控制机械臂的伺服系统，可对激光雷达的姿态进行补偿，实现激光雷达在特定方向的凝视，保障激光雷达在各运动平台的平稳工作，如车载、机载、舰载、艇载和星载等平台。

技术领域

本发明涉及激光雷达，尤其涉及一种基于多关节机械臂的激光雷达。

背景技术

激光雷达是一种主动的现代光学遥感技术，是传统雷达技术与现代激光技术相结合的产物。激光雷达向大气发射激光，激光与大气相互作用后，由光学望远镜收集后向散射信号，并输入光学接收机，经光电探测和数据处理，获得大气参数信息。

激光雷达的视场小，这一方面抑制了太阳和天空背景噪声，另一方面限制了激光的可视范围。为此，激光雷达需配备扫描装置，以获得大气参数的立体分布。如为定量检测城市中的大气污染源，需采用气溶胶激光雷达对城市进行水平扫描时。为获得风向信息，测风激光雷达需进行多个径向风速的测量。通过对多普勒测风激光雷达进行RHI(RangeHeight Indicator)扫描或VAD(Velocity Azimuth Display)扫描，以测量湍流能量耗散率。

为实现激光雷达的扫描，通常采用的办法为采用多镜片的潜望式望远镜系统，如发明专利CN201510454959.7所述的多镜片反射的潜望式望远镜。

但是，本发明的发明人发现：现有的潜望式望远镜系统至少存在两方面缺陷：一方面由于采用多镜片结构，成本高且接收效率容易受温度和应力的影响，另外一方面，其结构固化，扫描模式比较单一，无法实现特定路径的扫描，如正弦式、螺旋式、三角波式扫描。

这些缺陷，极大地限制了激光雷达的发展。

发明内容

本发明的发明人经过研究发现：机械臂通过模拟人臂的转动关节，增加自由度，能够复现人臂的运动，实现物体任意位置和姿态的操作。

本发明的目的之一在于，提供一种基于多关节机械臂的激光雷达，相比于目前使用的激光雷达的扫描装置，具有多自由度，路径规划灵活，可实现各种复杂的扫描模式。

为实现以上目的，本发明提供以下技术方案：一种基于多关节机械臂的激光雷达，包括：光源模块、发射接收模块、光学接收机和机械臂模块，

所述光源模块用于出射激光光束；

所述发射接收模块用于将接收的激光光束入射至探测目标，并接收所述探测目标后向散射的回波信号；

所述光学接收机用于接收并处理所述回波信号，以获取所述回波信号携带的目标信息；

所述机械臂模块包括控制模块、驱动机构和机械臂，所述机械臂包括多个关节和多个臂体；所述多个臂体之间通过关节依次连接；每个所述臂体均能在驱动机构的带动下转动和/或摆动；

所述发射接收模块设置在所述机械臂的末端；

所述控制模块用于向所述驱动机构输出控制信号；

所述驱动机构用于根据所述控制信号驱动所述关节动作，以带动与关节连接的臂体动作；

所述控制模块包括扫描控制单元，所述扫描控制单元用于控制所述发射接收模块以预定的扫描模式扫描。

进一步地，所述发射接收模块分别与所述光源模块和光学接收机通过传输光纤连接；

所述臂体包括外壳体，臂体的中部设置有空腔；所述发射接收模块连接的传输光纤穿过所述臂体的空腔。