太阳城集团

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基于盘式转子电机的扫描激光主动探测装置及实现方法.pdf

摘要
申请专利号:

太阳城集团CN201710035377.4

申请日:

2017.01.17

公开号:

CN106814364A

公开日:

2017.06.09

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):G01S 17/08申请日:20170117|||公开
IPC分类号: G01S17/08 主分类号: G01S17/08
申请人: 西安交通大学
发明人: 孙剑; 孙羽键; 张乐; 徐飞; 杨凯
地址: 710049 陕西省西安市碑林区咸宁西路28号
优先权:
专利代理机构: 西安智大知识产权代理事务所 61215 代理人: 何会侠
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法律状态
申请(专利)号:

CN201710035377.4

授权太阳城集团号:

|||

法律状态太阳城集团日:

2017.07.04|||2017.06.09

法律状态类型:

实质审查的生效|||公开

摘要

基于盘式转子电机的扫描激光主动探测装置及其实现方法,该装置包括电机转子,电机定子,轴承,与电机转子连接的测角传感器;还包括激光器,与激光器连接的准直透镜,固定于激光器发射端的第一反射装置,激光器发出的脉冲激光束刚好穿过第一反射装置中心点处的通孔,固定于通孔发射光路上且与电机转子固连的第二反射装置;固定于第一反射装置反射光路上的聚焦透镜,固定于聚焦透镜汇聚光路上的激光探测器;与激光探测器相连的激光测距装置;与激光器、激光测距装置和测角传感器连接的系统处理器单元;电机定子和电机转子是空心盘状,发射激光和接收激光均从中穿过;本发明还公开了该装置实现扫描探测的方法;可以在不使用滑环的情况下实现对周围环境360°扫描探测。

权利要求书

1.一种基于盘式转子电机的扫描激光主动探测装置,其特征在于:包括电机转子(1),
电机定子(2),轴承(15),与电机转子(1)连接的测角传感器(6);还包括激光器(4),与激光
器(4)连接的准直透镜(8),固定于激光器(4)发射端的第一反射装置(11),激光器(4)发出
的脉冲激光束刚好穿过第一反射装置(11)中心点处的通孔(12),固定于通孔(12)发射光路
上且与电机转子(1)固连的第二反射装置(3);固定于第一反射装置(11)反射光路上的聚焦
透镜(9),固定于聚焦透镜(9)汇聚光路上的激光探测器(10);与激光探测器(10)相连的激
光测距装置(5);还包括与所述激光器(4)、激光测距装置(5)和测角传感器(6)连接的系统
处理器单元(7);还包括与电机转子(1)固连的永磁体(16),缠绕在电机定子(2)上的线圈
(14);所述电机定子(2)和电机转子(1)是空心盘状,发射激光和接收激光均从中穿过。
2.根据权利要求1所述的基于盘式转子电机的扫描激光主动探测装置,其特征在于:所
述电机转子(1)位于电机定子(2)的上端,电机转子(1)和电机定子(2)轴向相连。
3.根据权利要求1所述的基于盘式转子电机的扫描激光主动探测装置,其特征在于:所
述电机定子(2)的上表面沿圆周方向均匀地缠绕着线圈(14),电机定子(2)与轴承(15)的外
环外壁固连。
4.根据权利要求1所述的基于盘式转子电机的扫描激光主动探测装置,其特征在于:所
述电机转子(1)下表面嵌有永磁体(16),永磁体(16)沿圆周方向均匀排列;电机转子(1)呈
空心凸台状,电机转子(1)的凸台与轴承内环内壁固连。
5.根据权利要求1所述的基于盘式转子电机的扫描激光主动探测装置,其特征在于:所
述第一反射装置(11)与水平方向成135度夹角;所述第二反射装置(3)与水平方向成45度夹
角。
6.根据权利要求1所述的基于盘式转子电机的扫描激光主动探测装置,其特征在于:所
述第一反射装置(11)的发射激光轴与第二反射装置(3)的接收激光的光轴重合。
7.权利要求1所述基于盘式转子电机的扫描激光主动探测装置实现扫描探测的方法,
其特征在于:包括如下步骤:
步骤一,系统处理器单元(7)控制激光器(4)发出脉冲激光,脉冲激光穿过第一反射装
置(11)中心点处的通孔(12),并竖直穿过电机定子(2)和电机转子(1)后照射到第二反射装
置(3)上;
步骤二,第二反射装置(3)与电机转子(1)固连,电机转子(1)转动时带动其转动,将照
射到第二反射装置(3)的竖直方向激光反射成为水平扫描激光,并对水平面进行360度扫描
探测,系统处理器单元(7)通过测角传感器(6)测量电机转子(1)在发射激光照射到第二反
射装置(3)时刻的转角;
步骤三,目标反射的激光被第二反射装置(3)反射成竖直方向的激光,穿过电机定子
(2)和电机转子(1)的中空部分,照射到第一反射装置(11)上,并反射,反射光经聚焦透镜
(9)汇聚后,激光探测器(10)接收汇聚后的激光,以便激光测距装置(5)进行后续处理;
步骤四,当激光探测器(10)接收到返回来的激光后,激光测距装置(5)通过测量发射激
光脉冲太阳城集团t1和接收激光脉冲太阳城集团t2之间的太阳城集团差计算障碍物的距离,实现对周围360°目
标的扫描探测。

说明书

基于盘式转子电机的扫描激光主动探测装置及实现方法

技术领域

本发明涉及激光扫描测距领域,具体涉及一种基于盘式转子电机的扫描激光主动
探测装置及其实现方法。

背景技术

自主避障技术是无人机,无人车等无人装备需要解决的关键技术,避障能力是检
验无人设备综合性能的一个关键因素。目前主流的避障技术主要有超声波和视觉技术。其
中超声波是最简单的测距系统,成本相对较低,运用方便,但是由于作用距离较近,测距精
度不高,而且容易受外界干扰;视觉技术极易受到光照因素的影响,不能满足全天候自主避
障的需求。

现有的激光雷达能够实现360°扫描探测,但现有的方案通常需要使用滑环,从而
影响了激光雷达的使用寿命,而不使用滑环的方案则难以实现360°全覆盖的探测效果。

发明内容

为了解决上述问题,本发明的目的是在于提供一种基于盘式转子电机的扫描激光
主动探测装置及其实现方法,可以在不使用滑环的情况下实现对周围环境360°扫描探测,
具有结构简单,可靠性高,价格便宜,使用寿命长等优点。

为达到以上目的,本发明采用如下技术方案:

基于盘式转子电机的扫描激光主动探测装置,包括电机转子1,电机定子2,轴承
15,与电机转子1连接的测角传感器6;还包括激光器4,固定于激光器4发射端的第一反射装
置11,激光器4发出的脉冲激光束刚好穿过第一反射装置11中心点处的通孔12,固定于通孔
12发射光路上的且与电机转子1固连的第二反射装置3;固定于第一反射装置11反射光路上
的聚焦透镜9,固定于聚焦透镜9汇聚光路上的激光探测器10;与激光探测器10相连的激光
测距装置5;还包括与所述激光器4、激光测距装置5和测角传感器6连接的系统处理器单元
7;还包括与电机转子固连的永磁体16,缠绕在电机定子上的线圈14;所述电机定子2和电机
转子1是空心盘状,发射激光和接收激光均从中穿过。

所述电机转子1位于电机定子2的上端,电机转子1和电机定子2轴向相连。

所述电机定子2的上表面沿圆周方向均匀地缠绕着线圈14,电机定子2与轴承15的
外环外壁固连。

所述电机转子1下表面嵌有永磁体16,永磁体16沿圆周方向均匀排列;电机转子1
呈空心凸台状,电机转子1的凸台与轴承内环内壁固连。

所述第一反射装置11与水平方向成135度夹角;所述第二反射装置3与水平方向成
45度夹角。

所述第一反射装置11的发射激光轴与第二反射装置3的接收激光的光轴重合。

所述基于盘式转子电机的扫描激光主动探测装置实现扫描探测的方法,包括如下
步骤:

步骤一,系统处理器单元7控制激光器4发出脉冲激光,脉冲激光穿过第一反射装
置11中心点处的通孔12,并竖直穿过电机定子2和电机转子1后照射到第二反射装置3上;

步骤二,第二反射装置3与电机转子1固连,电机转子1转动时带动其转动,将照射
到第二反射装置3的竖直方向激光反射成为水平扫描激光,并对水平面进行360度扫描探
测,系统处理器单元7通过测角传感器6测量电机转子1在发射激光照射到第二反射装置3时
刻的转角;

步骤三,目标反射的激光被第二反射装置3反射成竖直方向的激光,穿过电机定子
2和电机转子1的中空部分,照射到第一反射装置11上,并反射,反射光经聚焦透镜9汇聚后,
激光探测器10接收汇聚后的激光,以便激光测距装置5进行后续处理;

步骤四,当激光探测器10接收到返回来的激光后,激光测距装置5通过测量发射激
光脉冲太阳城集团t1和接收激光脉冲太阳城集团t2之间的太阳城集团差计算障碍物的距离,实现对周围360°目
标的扫描探测。

与现有技术相比,本发明有以下优点:

第一,本发明电机的转子、定子及轴承为环形空心盘状,将电机转子、定子及轴承
设计成空心结构,发射激光和接收激光均从中穿过;把反射装置与电机转子固连并随其旋
转,而激光发射和接收装置不发生旋转,该设计方案可以在不使用滑环的情况下实现对周
围环境360°扫描探测,具有结构简单,可靠性高,价格便宜,使用寿命长等优点。

第二,本发明与传统的激光发射与接收同光轴的方案相比,具有探测距离远的优
点。

第三,本发明设计的扫描装置有利于减小系统的轴向尺寸,适合在轴向空间较狭
小的环境下使用。

附图说明

图1为本发明基于盘式转子电机的扫描激光主动探测装置结构图。

图2为本发明装置中电机与第二反射装置固连的示意图。

图3为本发明装置中盘式转子电机结构示意图。

图4为本发明装置中盘式转子电机定子与轴承示意图,其中图4a为电机定子与轴
承的侧视图,图4b为电机定子与轴承的俯视图。

图5为本发明装置中盘式转子电机动子示意图,其中图5a为电机转子的侧视图,图
5b为电机转子的俯视图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。应理解这些实施例仅
用于说明本发明而不用于限制本发明的范围,在阅读了本发明之后,本领域技术人员对本
发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1所示,本发明基于盘式转子电机的扫描激光主动探测装置,包括电机转子1,
电机定子2,轴承15,与电机转子1连接的测角传感器6;还包括激光器4,与激光器4连接的准
直透镜8,固定于激光器4发射端的第一反射装置11,激光器4发出的脉冲激光束刚好穿过第
一反射装置11中心点处的通孔12,固定于通孔12发射光路上的且与电机转子1固连的第二
反射装置3;固定于第一反射装置11反射光路上的聚焦透镜9,固定于聚焦透镜9汇聚光路上
的激光探测器10;与激光探测器10相连的激光测距装置5;还包括与所述激光器4、激光测距
装置5和测角传感器6连接的系统处理器单元7;所述电机定子2和电机转子1是空心盘状,发
射激光和接收激光均从中穿过。

所述第一反射装置11,其中心点处为通孔12,使激光器4发射的激光能够穿过第一
反射装置11;同时反射第二反射装置3反射回来的激光。作为优选方案,所述的第一反射装
置11与水平方向成135度夹角时可以达到最佳反射效果。

所述第二反射装置3,固定于电机转子1上,与电机同时转动,作为优选方案,所述
的第二反射装置3与水平方向成45度夹角时可以达到最佳反射效果。

所述的第一反射装置11的发射激光光轴和第二反射装置3的接收激光光轴重合。

如图2所示,本发明装置中电机转子1与第二反射装置3固连的示意图,第二反射装
置3与转子固连在一起随电机转子1一起转动。同时电机转子1和电机定子2均为空心盘状,
发射激光和接收激光均可以从中穿过。

如图3所示,所述电机转子1位于电机定子2的上端,电机转子1和电机定子2轴向相
连。所述电机定子2的上表面沿圆周方向均匀地缠绕着线圈14,电机定子2与轴承15的外环
外壁固连。所述电机转子1下表面嵌有永磁体16,永磁体16沿圆周方向均匀排列。电机转子1
呈空心凸台状,电机转子1的凸台与轴承内环内壁固连。

如图4(图4a和图4b)所示,所述电机的定子2是绕有线圈14和带有轴承15的空心盘
状,发射激光光轴和接收激光光轴均可从中穿过。

如图5(图5a和图5b)所示,所述电机的转子1为带有永磁体16的空心盘状,发射激
光和接收激光均从中穿过。

上述所述基于盘式转子电机的扫描激光主动探测装置实现扫描探测的方法,包括
如下步骤:

步骤一,系统处理器单元7控制激光器4发出脉冲激光,脉冲激光穿过第一反射装
置11中心点处的通孔12,并竖直穿过电机定子2和电机转子1后照射到第二反射装置3上;

步骤二,第二反射装置3与电机转子1固连,电机转子1转动时带动其转动,将照射
到第二反射装置3的竖直方向激光反射成为水平扫描激光,并对水平面进行360度扫描探
测,系统处理器单元7通过测角传感器6测量电机转子1在发射激光照射到第二反射装置(3)
时刻的转角,

步骤三,目标反射的激光被第二反射装置3反射成竖直方向的激光,穿过电机定子
2和电机转子1的中空部分,照射到第一反射装置11上,并反射,反射光经聚焦透镜9汇聚后,
激光探测器10接收汇聚后的激光,以便激光测距装置5进行后续处理;

步骤四,当激光探测器10接收到返回来的激光后,激光测距装置5通过测量发射激
光脉冲太阳城集团t1和接收激光脉冲太阳城集团t2之间的太阳城集团差计算障碍物的距离,实现对周围360°目
标的扫描探测。

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基于 转子 电机 扫描 激光 主动 探测 装置 实现 方法
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