[發(fā)明專利]一種可編程激光掃描軌跡的裝置

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• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN113050064A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發(fā)明（設計）人: 周國清;林港超;周祥;李先行;李偉豪;譚逸之;胡皓程
• 申請（專利權(quán)）人: 桂林理工大學
• 主分類號: G01S7/481
• 分類號: G01S7/481;G02B26/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種可編程激光掃描軌跡的裝置，可編程激光雷達的掃描軌跡。裝置包括三個前表面反射鏡、三個反射鏡支架、兩個集成步進電動機、兩個電機固定支架和底座。其特點在于：利用前反射鏡反射波段覆蓋范圍廣和反射效率超高以及步進電機轉(zhuǎn)動的穩(wěn)定性強、精確度高的特點，分1、2兩個位置進行不同方向的偏轉(zhuǎn)光束，根據(jù)Bresenham算法得出的位置點經(jīng)過STM32轉(zhuǎn)化為相應的脈沖信號來分別控制1位置和2位置的步進電動機，來編程激光掃描軌跡。該發(fā)明可以根據(jù)不同需求選擇不同的掃描軌跡、掃描角度和激光點密度，可運用的激光波段廣、掃描精度高。掃描裝置運行平穩(wěn)、散熱效果好，可以在長時間下，保持高精度的掃描工作。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光雷達領(lǐng)域，特別涉及新型機械結(jié)構(gòu)設計，主要應用于激光雷達需要對目標物體進行掃描的場合。解決了激光雷達的掃描軌跡不能按不同需求改變軌跡的問題，并可以滿足相應的掃描要求。

技術(shù)背景

目前激光雷達掃描系統(tǒng)一般采用光機掃描，其通過在激光測距傳感器前的光學機械轉(zhuǎn)動裝置使激光光束的方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并隨著相應載具運動，完成對目標的掃描。激光雷達的掃描系統(tǒng)常用的掃描方式有擺鏡式掃描、旋轉(zhuǎn)多面鏡掃描、光學纖維電掃描和圓錐鏡掃描等。從掃描點的軌跡來分，前三種掃描方式的軌跡是直線，而圓錐鏡掃描的地面點軌跡是橢圓形。光機掃描的軌跡主要有兩種直線掃描和圓錐掃描，直線掃描在載具的運動過程中的整體呈現(xiàn)矩形條狀，雖然該掃描密度相對較低，但其掃描速度較快、范圍較大和數(shù)據(jù)處理簡單。圓錐掃描的掃描密度較為密集，可以更好的為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理提供數(shù)據(jù)支持。現(xiàn)有的掃描方式都只能單一的執(zhí)行一種掃描軌跡。激光雷達掃描裝置掃描軌跡單一，無法適應不同的掃描要求，相比普通掃描軌跡單一的缺點，一種可編程激光掃描軌跡的裝置具有可改變掃描軌跡、可調(diào)掃描角度的優(yōu)點。

本發(fā)明設計了一種可編程激光掃描軌跡的裝置，創(chuàng)新性的將Bresenham算法編程控制激光雷達的掃描軌跡點，以實現(xiàn)不同的掃描軌跡、掃描角和掃描網(wǎng)格密度，從而使激光雷達可模塊化來應對在不同要求下的掃描范圍和更多的使用要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是一種光機掃描裝置，其原理是將射入的激光光束按進行Bresenham算法得出的掃描軌跡點偏轉(zhuǎn)，達到各種掃描軌跡。本發(fā)明主要是針對傳統(tǒng)掃描方式不能改變掃描軌跡的缺點，根據(jù)Bresenham算法編程控制激光雷達的掃描軌跡，設計了一種可編程激光掃描軌跡的裝置，可改變激光雷達的掃描軌跡、掃描角度和掃描網(wǎng)格密度。

為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)：該裝置是由前表面反射的反射鏡和步進電機以編碼器組成的掃描系統(tǒng)。掃描系統(tǒng)根據(jù)Bresenham算法得出位置點，將此轉(zhuǎn)化為相應的脈沖信號來分別控制1位置和2位置的步進電動機。1位置和2位置的步進電動機再分別帶動與水平方向成135°夾角的1位置的反射鏡和與水平方向成135°夾角2位置的反射鏡分別向Y方向和X方向擺動由Bresenham算法得出位置點轉(zhuǎn)換的角度來實現(xiàn)想要的掃描軌跡。

其具體過程是首先輸入初始值，即初始掃描中心點位置、掃描速度、掃描類型和掃描角。參數(shù)由控制器STM32中的算法得出相應位置點后再儲存數(shù)據(jù)之后將此轉(zhuǎn)化為相應的脈沖信號來輸出到編碼器中分別控制1軸和2軸的步進電動機，步進電動機帶動1位置的反射鏡向Y方向擺動一定角度后激光光束沿鉛錘方向平移一段距離，同理步進電機帶動2位置的反射鏡向X方向擺動一定角度后激光光束沿水平方向平移一段距離，即可實現(xiàn)通過分別向1軸和2軸的步進電動機輸入由Bresenham算法轉(zhuǎn)化的脈沖信號來分別控制1位置的反射鏡和2位置的反射鏡向Y方向和X方向擺動來實現(xiàn)特定的激光光束掃描軌跡。

本發(fā)明的有益效果：一方面利用算法可將該掃描裝置模塊化，已到達增加掃描裝置可實際運用范圍，并且可以得出每個軌跡點的相應位置、時間參數(shù)；另一方面，該發(fā)明采用的前表面反射鏡片對波長范圍為500nm～1600nm激光的反射效率大于為99％，運用光學反射原理改變激光光束，即在對不同波長的激光或者幾種波長的激光進行偏轉(zhuǎn)時，并不存在色散問題。本發(fā)明創(chuàng)新性強，功能多樣，體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好。本掃描裝置運行平穩(wěn)，散熱效果良好，反射效率高同軸性好，可以在長時間下，保持高質(zhì)量的掃描工作。