一种具有彩色点云获取能力的全向激光雷达装置

摘要

本发明公开了一种具有彩色点云获取能力的全向激光雷达装置，由伺服电机、同步带轮、同步带、线性CCD传感器、激光发射器、高精度六轴陀螺仪、激光接收器、转盘、控制器、带导电滑环的转轴、底盘、步进电机、带光电编码器的固定块、支撑块、锁紧块、中轴组成。随着无人驾驶技术的发展，无人车和无人艇迫切需要一种能够综合位置信息和图像信息、实现两轴全向扫描的激光雷达装置。本发明通过线性CCD传感器和激光接收器所接收的点云数据，在坐标变换运算后对其一一对应叠加，最后获得被测物体的彩色点云数据。同时，本发明通过一套双轴全向机构将激光雷达装置的扫描范围进行拓展，从而实现大范围，彩色距离点云数据的获取。

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有彩色点云获取能力的全向激光雷达装置，属于自动化机械设备领域。

背景技术

近年来，随着无人车、无人艇技术的发展，国内外科研院所已经研制出若干无人车和无人艇型号。而激光雷达装置是无人车和无人艇的关键装置。目前，无人车和无人艇迫切需要一种能够综合位置信息和图像信息、实现两轴全向扫描的激光雷达装置。

发明内容

本发明针对现有无人艇和无人车传统激光雷达装置的不足，提供了一种具有彩色点云获取能力的全向激光雷达装置，该装置不仅能够实现精确的测距，还能提供点云数据的色彩信息。该装置具有两轴全向扫描，扫描方位大，覆盖范围广。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种具有彩色点云获取能力的全向激光雷达装置，由伺服电机、同步带轮、同步带、线性CCD传感器、激光发射器、高精度六轴陀螺仪、激光接收器、转盘、控制器、带导电滑环的转轴、底盘、步进电机、带光电编码器的固定块、支撑块、锁紧块、中轴组成；所述伺服电机、同步带轮、同步带、线性CCD传感器、激光发射器、高精度六轴陀螺仪、激光接收器、转盘、控制器、带导电滑环的转轴组成一个平面扫描激光雷达，实现对X平面实现扇形扫描：所述伺服电机、控制器与底盘固定，同步带轮固定在伺服电机的转子上；同步带轮、同步带和带导电滑环的转轴形成一个同步带轮机构，通过伺服电机带动带导电滑环的转轴旋转；带导电滑环的转轴的一端放置在控制器上，通过轴承与控制器固定；转盘固定在带导电滑环的转轴的另一端上，线性CCD传感器、激光发射器、高精度六轴陀螺仪、激光接收器分别与转盘固定，线性CCD传感器、激光发射器、高精度六轴陀螺仪、激光接收器上的导线通过带导电滑环的转轴上的导电滑环与控制器相连接；所述底盘、步进电机、带光电编码器的固定块、支撑块、锁紧块、中轴组成一个调节机构，用来扫描X平面垂直的Y面：所述步进电机固定在带光电编码器的固定块上，其转子通过轴承与中轴固定，支撑块通过其中孔与中轴固定，并与底盘固定，锁紧块通过螺纹与中轴固定，起到锁紧作用，通过步进电机的驱动，带动中轴旋转，从而带动上述平面扫描激光雷达装置绕着中轴的中轴线转动。

点云信息是相对位置固定的线性CCD传感器和激光接收器所接收的点云数据通过控制器坐标变换运算后一一对应叠加获得的。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明装置能够实现具有位置信息和色彩信息复合的点云数据，双轴全向扫描，扫描覆盖范围大，可根据需求自主设定扫描范围。

附图说明

图1为本发明平面扫描激光雷达装置装配示意图。

图2为本发明调节机构装配示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1和图2所示，一种具有彩色点云获取能力的全向激光雷达装置，由伺服电机1、同步带轮2、同步带3、线性CCD传感器4、激光发射器5、高精度六轴陀螺仪6、激光接收器7、转盘8、控制器9、带导电滑环的转轴10、底盘11、步进电机12、带光电编码器的固定块13、支撑块14、锁紧块15、中轴16组成；所述伺服电机1、同步带轮2、同步带3、线性CCD传感器4、激光发射器5、高精度六轴陀螺仪6、激光接收器7、转盘8、控制器9、带导电滑环的转轴10组成一个平面扫描激光雷达，实现对X平面实现扇形扫描：所述伺服电机1、控制器9与底盘11固定，同步带轮2固定在伺服电机1的转子上；同步带轮2、同步带3和带导电滑环的转轴10形成一个同步带轮机构，通过伺服电机1带动带导电滑环的转轴10旋转；带导电滑环的转轴10的一端放置在控制器9上，通过轴承与控制器9固定；转盘8固定在带导电滑环的转轴10的另一端上，线性CCD传感器4、激光发射器5、高精度六轴陀螺仪6、激光接收器7分别与转盘8固定，线性CCD传感器4、激光发射器5、高精度六轴陀螺仪6、激光接收器7上的导线通过带导电滑环的转轴10上的导电滑环与控制器9相连接；所述底盘11、步进电机12、带光电编码器的固定块13、支撑块14、锁紧块15、中轴16组成一个调节机构，用来扫描X平面垂直的Y面：所述步进电机12固定在带光电编码器的固定块13上，其转子通过轴承与中轴16固定，支撑块14通过其中孔与中轴16固定，并与底盘11固定，锁紧块15通过螺纹与中轴16固定，起到锁紧作用，通过步进电机12的驱动，带动中轴16旋转，从而带动上述平面扫描激光雷达装置绕着中轴16的中轴线转动。

本发明的使用过程和原理如下：

首先控制器9根据事先设定的扫描频率，控制伺服电机1按一定转速旋转。在某一时刻，激光发射器5根据控制器9的指令发射按一定频率发射激光，激光接收器7根据接收到激光的相位变化来获取被测物体的距离。在激光获取物体距离的短暂时间t后，线性CCD传感器4获取该被测物体的色彩信息。根据线性CCD传感器4与激光接收器7之间的角度差θ和采样频率ω计算出距离点云序列与色彩点云序列的差值n。通过控制器中的加法器，将被测物体距离和色彩信息一一对应并打包在一起，形成被测物体的色彩距离点云数据。

在上述平面扫描激光雷达装置扫描X面物体的同时，控制器9控制步进电机12转动。步进电机12按照伺服电机1的转动频率进行逐步运动，每次运动δ角，使得上述平面扫描激光雷达装置能够在每δ角内扫描一圈。这样就完成了Y平面内一次扫描动作。根据需要，步进电机12每旋转一周或者一定角度可以为一个Y平面的扫描周期。需要说明的是带光电编码器的固定块13中的光电编码器起到闭环反馈的作用，用于对调节机构的方位控制。上述的高精度六轴陀螺仪6起到对整个系统的全闭环反馈的作用，用于保证获取彩色点云数据的双轴全向激光雷达装置整体精度。

最后，通过角度差θ和采样频率ω和δ角可以把每一个色彩距离点云数据按球坐标的位置在GUI程序里面展现出来，或者根据用户的开发程序获取相应的信息。从而完成整个装置的信息获取过程。