[发明专利]一种多自由度全方位激光雷达

说明书

本发明公开了一种多自由度全方位激光雷达，包括激光收发模块、直流电机、传送带、数据处理芯片、稳固支架、雷达模块底座、法兰联轴器、导电滑环、轴承支架、轴承和步进电机；该结构用于获取环境点云，提高扫描效率。本发明利用可拆卸步进电机等元器件，可以实现在一定范围内对布置的位置进行调节，满足工程中不同大小的结构需要；本发明的装配工艺较为简单，装配周期较短，节省了大量的人力以及时间的支出耗费。

技术领域

本发明属于电子传感器领域，具体涉及一种多自由度全方位激光雷达结构。

背景技术

用激光器作为辐射源的雷达。激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物。由发射机、天线、接收机、跟踪架及信息处理等部分组成。发射机是各种形式的激光器，如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器等；天线是光学望远镜；接收机采用各种形式的光电雷达，如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元雷达件等。激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式，探测方法分直接探测与外差探测。

激光本身具有非常精确的测距能力，其测距精度可达几个厘米，而LIDAR系统的精确度除了激光本身因素，还取决于激光、GPS及惯性测量单元(IMU)三者同步等内在因素。随着商用GPS及IMU的发展，通过LIDAR从移动平台上(如在飞机上)获得高精度的数据已经成为可能并被广泛应用。

LIDAR系统包括一个单束窄带激光器和一个接收系统。激光器产生并发射一束光脉冲，打在物体上并反射回来，最终被接收器所接收。接收器准确地测量光脉冲从发射到被反射回的传播时间。因为光脉冲以光速传播，所以接收器总会在下一个脉冲发出之前收到收到前一个被反射回的脉冲。鉴于光速是已知的，传播时间即可被转换为对距离的测量。结合激光器的高度，激光扫描角度，从GPS得到的激光器的位置和从INS得到的激光发射方向，就可以准确地计算出每一个地面光斑的坐标X，Y，Z。激光束发射的频率可以从每秒几个脉冲到每秒几万个脉冲。举例而言，一个频率为每秒一万次脉冲的系统，接收器将会在一分钟内记录六十万个点。一般而言，LIDAR系统的地面光斑间距在2-4m不等。

目前广泛应用的激光雷达多为单轴激光雷达，只有一个自由度，且扫描范围小、扫描效率低，为了提高扫描的效率，本专利提出了一种多自由度全方位激光雷达结构。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明专利为一种多自由度全方位激光雷达结构，包括激光收发模块1、直流电机2、传送带3、数据处理芯片4、稳固支架5、雷达模块底座6、法兰联轴器7、导电滑环8、轴承支架9、轴承10和步进电机11；该结构用于获取环境点云，提高扫描效率。

激光收发模块1上设计有激光发射源和激光接收探头，能够向当前朝向发射激光并接收被环境障碍物反射的激光回波，从而计算当前朝向上的障碍物的距离。直流电机2通过传送带3控制激光收发模块1的转动，激光收发模块1的激光数据和直流电机2的转动数据通过数据处理芯片集中处理运算，激光收发模块1、直流电机2、传送带3、数据处理芯片4都固定在稳固支架5上，稳固支架5与雷达模块底座6通过螺丝紧固，整个雷达模块与雷达模块底座6处于刚性连接状态。法兰联轴器7通过螺栓螺母与雷达模块底座6连接，导电滑环8、轴承10、步进电机11的电机轴与法兰联轴器7同轴固定。步进电机11的电机轴为长轴，贯穿轴承10、导电滑环8、法兰联轴器7，这些元器件同轴转动。

进一步的，障碍物距离＝发射接收的时间差*光速/2。

进一步的，直流电机2的输入电压通过稳压源保持稳定，实现匀速转动。

进一步的，直流电机2的末端连接有传动盘，传动盘直径小于激光收发模块直径，从而使激光收发模块的转速小于直流电机的转速，且激光收发模块所受扭矩大于直流电机的输出扭矩，起到减速加力的作用。

进一步的，直流电机2上设计有编码器，能够准确输出当前转速和转动位置，实现精确的闭环控制，提高数据的准确度。