一种基于多关节机械臂的激光雷达制造技术

本发明专利技术公开了一种基于多关节机械臂的激光雷达。本发明专利技术将激光雷达光学望远镜集成到机械臂中，一方面，由于机械臂的自由度多，可实现任意角度和方向的运动，因此，基于机械臂的激光雷达可实现任意的扫描模式，如VAD扫描，RHI扫描，PPI扫描，以及螺旋形、正弦形或三角波形的扫描模式；另一方面，通过控制机械臂的伺服系统，可对激光雷达的姿态进行补偿，实现激光雷达在特定方向的凝视，保障激光雷达在各运动平台的平稳工作，如车载、机载、舰载、艇载和星载等平台。

A laser radar based on multi joint manipulator

The invention discloses a laser radar based on multi joint mechanical arm. The invention integrates a laser radar optical telescope into a manipulator. On the one hand, because the manipulator has many degrees of freedom, it can move in any angle and direction. Therefore, the laser radar based on the manipulator can realize any scanning mode, such as VAD scanning, RHI scanning, PPI scanning, and spiral, sine or triangle scanning. On the other hand, by controlling the servo system of the manipulator, the attitude of the lidar can be compensated, and the gaze of the lidar in a specific direction can be realized, so that the lidar can work smoothly on various moving platforms, such as vehicle, airborne, shipborne, shipborne and spaceborne platforms.

【技术实现步骤摘要】
一种基于多关节机械臂的激光雷达
本专利技术涉及激光雷达，尤其涉及一种基于多关节机械臂的激光雷达。
技术介绍
激光雷达是一种主动的现代光学遥感技术，是传统雷达技术与现代激光技术相结合的产物。激光雷达向大气发射激光，激光与大气相互作用后，由光学望远镜收集后向散射信号，并输入光学接收机，经光电探测和数据处理，获得大气参数信息。激光雷达的视场小，这一方面抑制了太阳和天空背景噪声，另一方面限制了激光的可视范围。为此，激光雷达需配备扫描装置，以获得大气参数的立体分布。如为定量检测城市中的大气污染源，需采用气溶胶激光雷达对城市进行水平扫描时。为获得风向信息，测风激光雷达需进行多个径向风速的测量。通过对多普勒测风激光雷达进行RHI(RangeHeightIndicator)扫描或VAD(VelocityAzimuthDisplay)扫描，以测量湍流能量耗散率。为实现激光雷达的扫描，通常采用的办法为采用多镜片的潜望式望远镜系统，如专利技术专利CN201510454959.7所述的多镜片反射的潜望式望远镜。但是，本专利技术的专利技术人发现：现有的潜望式望远镜系统至少存在两方面缺陷：一方面由于采用多镜片结构，成本高且接收效率容易受温度和应力的影响，另外一方面，其结构固化，扫描模式比较单一，无法实现特定路径的扫描，如正弦式、螺旋式、三角波式扫描。这些缺陷，极大地限制了激光雷达的发展。
技术实现思路
本专利技术的专利技术人经过研究发现：机械臂通过模拟人臂的转动关节，增加自由度，能够复现人臂的运动，实现物体任意位置和姿态的操作。本专利技术的目的之一在于，提供一种基于多关节机械臂的激光雷达，相比于目前使用的激光雷达的扫描装置，具有多自由度，路径规划灵活，可实现各种复杂的扫描模式。为实现以上目的，本专利技术提供以下技术方案：一种基于多关节机械臂的激光雷达，包括：光源模块、发射接收模块、光学接收机和机械臂模块，所述光源模块用于出射激光光束；所述发射接收模块用于将接收的激光光束入射至探测目标，并接收所述探测目标后向散射的回波信号；所述光学接收机用于接收并处理所述回波信号，以获取所述回波信号携带的目标信息；所述机械臂模块包括控制模块、驱动机构和机械臂，所述机械臂包括多个关节和多个臂体；所述多个臂体之间通过关节依次连接；每个所述臂体均能在驱动机构的带动下转动和/或摆动；所述发射接收模块设置在所述机械臂的末端；所述控制模块用于向所述驱动机构输出控制信号；所述驱动机构用于根据所述控制信号驱动所述关节动作，以带动与关节连接的臂体动作；所述控制模块包括扫描控制单元，所述扫描控制单元用于控制所述发射接收模块以预定的扫描模式扫描。进一步地，所述发射接收模块分别与所述光源模块和光学接收机通过传输光纤连接；所述臂体包括外壳体，臂体的中部设置有空腔；所述发射接收模块连接的传输光纤穿过所述臂体的空腔。进一步地，所述发射接收模块包括收发望远镜和环形器，所述收发望远镜设置在机械臂的末端；所述环形器分别与光源模块、收发望远镜和光学接收机连接；所述传输光纤包括收发传输光纤，所述收发传输光纤分别与收发望远镜和环形器连接；所述收发传输光纤穿过所述臂体的空腔。进一步地，所述发射接收模块包括发射望远镜和接收望远镜；所述发射望远镜和接收望远镜均设置在所述机械臂的末端；所述传输光纤包括发射光纤和接收光纤，所述发射光纤分别与发射望远镜和光源模块连接，所述接收光纤分别与所述接收望远镜和光学接收机连接；所述发射光纤和接收光纤均穿过所述臂体的空腔。进一步地，所述控制模块用于控制相邻的臂体之间的夹角为30度-180度。进一步地，所述预定的扫描模式为VAD扫描、RHI扫描、PPI扫描、螺旋形扫描、正弦形扫描或三角波形扫描。进一步地，所述机械臂模块包括依次连接的第一关节、第一臂体、第二关节、第二臂体、第三关节和第三臂体；所述发射接收模块设置在所述第三臂体的末端；所述第一臂体能够在第一关节的带动下摆动和/或转动；所述第二关节设置在所述第一臂体的末端；所述第二臂体能够在第二关节的带动下摆动和/或转动；所述第三关节设置在所述第二臂体的末端；所述第三臂体能够在第三关节的带动下摆动和/或转动；所述第一关节、第二关节和第三关节能够在所述驱动机构的驱动下绕多个角度转动。进一步地，所述控制模块包括姿态补偿单元，所述姿态补偿单元用于获取预设的目标方向，根据所述目标方向生成姿态补偿控制信号；所述驱动机构用于根据所述姿态补偿信号驱动机械臂动作，以使发射接收模块朝向目标方向。本专利技术提供的基于多关节机械臂的激光雷达具有如下有益效果：1、该专利技术利用机械臂可实现灵活多变运动轨迹的优点，将激光雷达的光学望远镜集成到机械臂中，通过动作分解和解耦合，突破了双轴式激光扫描仪扫描模式固定的缺点，可实现复杂的扫描模式，如螺旋形、正弦形、三角波形等。2、该专利技术提出通过控制机械臂的伺服控制系统，对激光雷达进行姿态补偿，实现激光雷达在特定方向的凝视，实现激光雷达在各复杂运动平台的平稳工作。3、基于应用于机械臂中的智能控制技术，激光雷达可实现智能的环境监测。4、由于机械臂通过动作分解和解耦合，基于机械手臂的扫描头，避免或减小了扫描过程中，光纤多次缠绕，而引起信号在光纤中传输的大损耗。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。图1是本专利技术实施例提供的基于多关节机械臂的激光雷达的结构框图；图2是本专利技术实施例1提供的基于多关节机械臂的激光雷达VAD扫描模式的示意图；图3是本专利技术实施例1提供的基于多关节机械臂的激光雷达RHI扫描模式的示意图；图4是本专利技术实施例1提供的基于多关节机械臂的激光雷达三角波扫描模式的示意图；图5是本专利技术实施例2提供的基于多关节机械臂的激光雷达VAD扫描模式的示意图；图6是本专利技术实施例2提供的基于多关节机械臂的激光雷达RHI扫描模式的示意图。具体实施方式下面介绍的是本专利技术的多个可能实施例中的一些，旨在提供对本专利技术的基本了解，并不旨在确认本专利技术的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。容易理解，根据本专利技术的技术方案，在不变更本专利技术的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的其他实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本专利技术的技术方案的示例性说明，而不应当视为本专利技术的全部或者视为对本专利技术技术方案的限定或限制。下面的描述中，为描述的清楚和简明，并没有对图中所示的所有多个部件进行描述。附图中示出了多个部件为本领域普通技术人员提供本专利技术的完全能够实现的公开内容。对于本领域技术人员来说，许多部件的操作都是熟悉而且明显的。本文中，“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”的方位术语是相对于附图中的激光雷达安装使用后的方位或者相对附图中所示的方位来定义的，并且，应当理解到，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据激光雷达所置放的方位的变化而相应地发生变化。实施例1：如图1所示：一种基于多关节机械臂的激光雷达，包括：光源模块1、发射接收模块3、光学接收机5和机械臂模块4，所述光源模块1用于出射激光光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多关节机械臂的激光雷达，其特征在于，包括：光源模块、发射接收模块、光学接收机和机械臂模块，所述光源模块用于出射激光光束；所述发射接收模块用于将接收的激光光束入射至探测目标，并接收所述探测目标后向散射的回波信号；所述光学接收机用于接收并处理所述回波信号，以获取所述回波信号携带的目标信息；所述机械臂模块包括控制模块、驱动机构和机械臂，所述机械臂包括多个关节和多个臂体；所述多个臂体之间通过关节依次连接；每个所述臂体均能在驱动机构的带动下转动和/或摆动；所述发射接收模块设置在所述机械臂的末端；所述控制模块用于向所述驱动机构输出控制信号；所述驱动机构用于根据所述控制信号驱动所述关节动作，以带动与关节连接的臂体动作；所述控制模块包括扫描控制单元，所述扫描控制单元用于控制所述发射接收模块以预定的扫描模式扫描。

【技术特征摘要】
1.一种基于多关节机械臂的激光雷达，其特征在于，包括：光源模块、发射接收模块、光学接收机和机械臂模块，所述光源模块用于出射激光光束；所述发射接收模块用于将接收的激光光束入射至探测目标，并接收所述探测目标后向散射的回波信号；所述光学接收机用于接收并处理所述回波信号，以获取所述回波信号携带的目标信息；所述机械臂模块包括控制模块、驱动机构和机械臂，所述机械臂包括多个关节和多个臂体；所述多个臂体之间通过关节依次连接；每个所述臂体均能在驱动机构的带动下转动和/或摆动；所述发射接收模块设置在所述机械臂的末端；所述控制模块用于向所述驱动机构输出控制信号；所述驱动机构用于根据所述控制信号驱动所述关节动作，以带动与关节连接的臂体动作；所述控制模块包括扫描控制单元，所述扫描控制单元用于控制所述发射接收模块以预定的扫描模式扫描。2.根据权利要求1所述的基于多关节机械臂的激光雷达，其特征在于，所述发射接收模块分别与所述光源模块和光学接收机通过传输光纤连接；所述臂体包括外壳体，臂体的中部设置有空腔；所述发射接收模块连接的传输光纤穿过所述臂体的空腔。3.根据权利要求2所述的基于多关节机械臂的激光雷达，其特征在于，所述发射接收模块包括收发望远镜和环形器，所述收发望远镜设置在机械臂的末端；所述环形器分别与光源模块、收发望远镜和光学接收机连接；所述传输光纤包括收发传输光纤，所述收发传输光纤分别与收发望远镜和环形器连接；所述收发传输光纤穿过所述臂体的空腔。4.根据权利要求2所述的基于多关节机械臂的激光雷达，其特征在于，所述发射接收模块包括发射望远镜和接收望远镜；所述发射望远镜和接收望远镜均设置在所述机械臂的末端；所述传输光纤包括发射光纤和接收光纤，所述发射光纤分别与发射望远镜和光源...

【专利技术属性】
技术研发人员：上官明佳，赵自豪，夏海云，
申请(专利权)人：国耀量子雷达科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31