本發(fā)明涉及激光掃描探測領域，具體涉及一種基于盤式轉子電機的掃描式激光測距裝置及其實現(xiàn)方法。

背景技術：

自主避障技術是無人機，無人車等無人裝備需要解決的關鍵技術，避障能力是檢驗無人設備綜合性能的一個關鍵因素。目前主流的避障技術主要有超聲波和視覺技術。其中超聲波是最簡單的測距系統(tǒng)，成本相對較低，運用方便，但是由于作用距離較近，測距精度不高，而且容易受外界干擾；視覺技術極易收到光照因素的影響，不能滿足全天候自主避障的需求。

現(xiàn)有的激光雷達能夠實現(xiàn)360°掃描探測，但現(xiàn)有的方案通常需要使用滑環(huán)，從而影響了激光雷達的使用壽命，而不使用滑環(huán)的方案則難以實現(xiàn)360°全覆蓋的探測效果。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是在于提供一種基于盤式轉子電機的掃描式激光測距裝置及其實現(xiàn)方法，該方案不需要使用滑環(huán)也可以實現(xiàn)360°探測，與現(xiàn)有方案相比具有結構簡單，可靠性高，使用壽命長的優(yōu)點。

為達到以上目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種基于盤式轉子電機的掃描式激光測距裝置，包括電機轉子1，電機定子2，軸承15，與電機轉子1連接的測角傳感器6；還包括激光器5，固定于激光器5發(fā)射端的準直透鏡9，固定于準直透鏡9光路上的第一反射裝置12，固定于第一反射裝置12反射光路上且與電機轉子1固連的第二反射裝置3，固定于第二反射裝置3接收光路上的濾光裝置11，固定于濾光裝置11濾光光路上的聚焦透鏡8，固定于聚焦透鏡8匯聚光路上的激光探測器10；與激光探測器10連接的激光測距裝置4；還包括與所述激光器5、激光測距裝置4和測角傳感器6連接的系統(tǒng)處理器單元7；還包括與電機轉子固連的永磁體16，纏繞在電機定子上的線圈14；所述電機定子2和電機轉子1均是環(huán)形空心盤狀，發(fā)射激光和接收激光均可從中穿過。

所述電機轉子1位于電機定子2的上端，電機轉子1和電機定子2軸向相連。

所述電機定子2的上表面沿圓周方向均勻地纏繞著線圈14，電機定子2與軸承15的外環(huán)外壁固連。

所述電機轉子1下表面嵌有永磁體16，永磁體16沿圓周方向均勻排列。電機轉子1呈空心凸臺狀，電機轉子1的凸臺與軸承內環(huán)內壁固連。

所述第一反射裝置12在水平面上投影的面積不大于聚焦透鏡8在水平面上投影面積的三分之一。

所述第一反射裝置12與水平方向成135度夾角；所述的第二反射裝置3與水平方向成45度夾角。

所述基于盤式轉子電機的掃描式激光測距裝置實現(xiàn)測距的方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟一，系統(tǒng)處理器單元7驅動激光器5發(fā)射激光經過第一反射裝置12反射后，穿過電機轉子1和電機定子2的中心照射到第二反射裝置3上，經過反射裝置3的反射后，激光照射到目標上；

步驟二，第二反射裝置3與電機轉子1固連，電機轉子1轉動時帶動其轉動，將照射到第二反射裝置3的豎直方向激光反射成為水平掃描激光，并對水平面進行360度掃描探測，系統(tǒng)處理器單元7通過測角傳感器6測量電機轉子1在發(fā)射激光照射到第二反射裝置3時刻的轉角；

步驟三，目標反射的激光被第二反射裝置3反射，豎直穿過電機轉子1和電機定子2中心后，其中一部分激光在第一反射裝置12處被遮擋損失掉，另一部分則直接經濾光裝置11濾光后穿過聚焦透鏡8，聚焦透鏡8實現(xiàn)匯聚激光的作用，激光探測器10接收反射回來的激光，以便激光測距裝置4進行后續(xù)處理；

步驟四，激光測距裝置4通過測量發(fā)射激光脈沖時間t₁和接收激光脈沖時間t₂之間的時間差計算目標的距離；系統(tǒng)處理器單元7讀取激光測距裝置4測量的目標的距離，實現(xiàn)對360°目標的掃描測距。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明有以下優(yōu)點：

第一，本發(fā)明電機的轉子、定子及軸承為環(huán)形空心盤狀，將電機轉子、定子及軸承設計成空心結構，發(fā)射激光和接收激光均從中穿過；把反射裝置與電機轉子固連并隨其旋轉，而激光發(fā)射和接收裝置不發(fā)生旋轉，該設計方案可以在不使用滑環(huán)的情況下實現(xiàn)對周圍環(huán)境360°掃描探測，具有結構簡單，可靠性高，價格便宜，使用壽命長等優(yōu)點。

第二，本發(fā)明設計的掃描裝置有利于減小系統(tǒng)的軸向尺寸，適合在軸向空間較狹小的環(huán)境下使用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于盤式轉子電機的掃描式激光測距裝置結構圖。

圖2為本發(fā)明裝置中電機與反射裝置固連的示意圖。

圖3為本發(fā)明裝置中盤式轉子電機結構示意圖。

圖4為本發(fā)明裝置中盤式轉子電機定子與軸承示意圖，其中圖4a為電機定子與軸承的側視圖，圖4b為電機定子與軸承的俯視圖。

圖5為本發(fā)明裝置中盤式轉子電機動子示意圖，其中圖5a為電機轉子的側視圖，圖5b為電機轉子的俯視圖。

具體實施方式

以下結合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。應理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領域技術人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。

如圖1所示，本發(fā)明基于盤式轉子電機的掃描式激光測距裝置包括電機轉子1，電機定子2，軸承15，與電機轉子1連接的測角傳感器6；還包括激光器5，固定于激光器5發(fā)射端的準直透鏡9，固定于準直透鏡9光路上的第一反射裝置12，固定于第一反射裝置12反射光路上且與電機轉子1固連的第二反射裝置3，固定于第二反射裝置3接收光路上的濾光裝置11，固定于濾光裝置11濾光光路上的聚焦透鏡8，固定于聚焦透鏡8匯聚光路上的激光探測器10；與激光探測器10連接的激光測距裝置4；還包括與所述激光器5、激光測距裝置4和測角傳感器6連接的系統(tǒng)處理器單元7；還包括與電機轉子固連的永磁體16，纏繞在電機定子上的線圈14；所述電機定子2和電機轉子1均是環(huán)形空心盤狀，發(fā)射激光和接收激光均可從中穿過。

所述第一反射裝置12，反射準直透鏡9準直的激光，作為優(yōu)選方案，所述的第一反射裝置12與水平方向成135度夾角時可以達到最佳反射效果。

所述第二反射裝置3，固定于電機轉子1上與電機轉子1同時轉動，作為優(yōu)選方案，所述的第二反射裝置3與水平方向成45度夾角時可以達到最佳反射效果。

如圖2所示，本發(fā)明中電機轉子與第二反射裝置3相固連的示意圖，第二反射裝置3和電機轉子1固連在一起，電機轉動1時帶動其轉動。

如圖3、圖4圖4a、圖4b和圖5圖5a、圖5b所示，所述電機轉子1在電機定子2的上端，電機轉子1和電機定子2軸向相連；所述電機定子2的上表面沿圓周方向均勻地纏繞著線圈14，電機定子2與軸承15的外環(huán)外壁固連；所述電機轉子1下表面嵌有充磁的永磁體16，永磁體16沿圓周方向均勻排列。電機轉子1呈空心凸臺狀，電機轉子1與軸承內環(huán)內壁固連，實現(xiàn)電機轉子1360°無障礙旋轉。

本發(fā)明裝置實現(xiàn)測距的方法如下：系統(tǒng)處理器單元7驅動激光器5發(fā)射激光經過第一反射裝置12反射后，穿過電機轉子1和電機定子2的中心照射到第二反射裝置3上，經過反射裝置3的反射后，激光照射到目標上；第二反射裝置3與電機轉子1固連，電機轉子1轉動時帶動其轉動，將照射到第二反射裝置3的豎直方向激光反射成為水平掃描激光，并對水平面進行360度掃描探測,系統(tǒng)處理器單元7通過測角傳感器6測量電機轉子1在發(fā)射激光照射到第二反射裝置3時刻的轉角；目標反射的激光被第二反射裝置3反射，豎直穿過電機轉子1和電機定子2中心后，其中一部分激光在第一反射裝置12處被遮擋損失掉，另一部分則直接經濾光裝置11濾光后穿過聚焦透鏡8，聚焦透鏡8實現(xiàn)匯聚激光的作用，激光探測器10接收反射回來的激光，以便激光測距裝置4進行后續(xù)處理；激光測距裝置4通過測量發(fā)射激光脈沖時間t₁和接收激光脈沖時間t₂之間的時間差計算目標的距離；系統(tǒng)處理器單元7讀取激光測距裝置4測量的目標的距離，實現(xiàn)對360°目標的掃描測距。