一种激光雷达扫描装置及其扫描方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种激光雷达扫描装置及其扫描方法，包括单线激光雷达、雷达立柱、固定底板；所述固定底板安装在雷达立柱上，所述单线激光雷达通过旋转装置安装在固定底板上，所述旋转装置用于使单线激光雷达旋转，所述单线激光雷达用于提供单光源脉冲信号光输出，实现水平面二维扫描。所述旋转装置包括伺服电机、同步带传动装置和编码器；所述伺服电机通过同步带传动装置与单线激光雷达连接，所述编码器用于反馈控制伺服电机旋转角度。所述伺服电机旋转角速度为非线性，用于在扫描线的宽度方向获得均匀分布扫描线。本发明专利技术通过控制伺服电机的旋转角速度，进而实现扫描线均匀分布。

【技术实现步骤摘要】
一种激光雷达扫描装置及其扫描方法
本专利技术涉及激光雷达领域，特别涉及一种激光雷达扫描装置及其扫描方法。
技术介绍
三维成像激光雷达在用于道路障碍物监测以及智能交通监测领域，往往要求具有较高的角分辨率以达到高监测效率的目的。现有的相对成熟的三维成像激光雷达，通常是基于自动驾驶应用而开发的，大体包括两种扫描方式，第一种为机械式扫描，机械式扫描激光雷达是由多个垂直堆垛而成的激光器通过机械旋转实现的三维成像，这种扫描方式不仅难以保证高的纵向角分辨率，而且价格昂贵，不适用于道路监测领域的应用。第二种为振镜扫描方式，发射的激光通过高速旋转的振镜来实现三维扫描，但这种扫描方式的扫描视场角较小，且纵向角分辨率也不高，在实际应用中不能对监测区域形进行高精度成像。因此，现有的激光雷达的扫描方式并不能满足铁路线路监测这种特殊的应用场合，而且其扫描线在监测区域内的分布稀疏不一致。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种激光雷达扫描装置及其扫描方法，提出角速度渐进变化的扫描方式解决扫描线分布不均匀的问题，以适用于铁路监测的高精度、高可靠性要求。本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。一种激光雷达扫描装置，包括单线激光雷达、雷达立柱、固定底板；所述固定底板安装在雷达立柱上，所述单线激光雷达通过旋转装置安装在固定底板上，所述旋转装置用于使单线激光雷达旋转，所述单线激光雷达用于提供单光源脉冲信号光输出，实现水平面二维扫描。进一步，所述旋转装置包括伺服电机、同步带传动装置和编码器；所述伺服电机通过同步带传动装置与单线激光雷达连接，所述编码器用于反馈控制伺服电机旋转角度。进一步，所述伺服电机旋转角速度为非线性，用于在扫描线的宽度方向获得均匀分布扫描线。一种激光雷达扫描装置的扫描方法，包括如下步骤：确定监测区域，确定需要扫描监测区域长度a和监测区域宽度b，确定所述单线激光雷达与监测区域水平距离d，确定所述单线激光雷达与监测区域的垂直高度h；确定单次扫描所用时间t与监测区域宽度b的关系，得出扫描线的宽度方向扫描速度，具体为：监测区域宽度b内的扫描线总数条数n，监测区域的扫描时间为t，每条扫描线扫过的监测宽度为b/(n-1)，扫描用时t/(n-1)，得出扫描线的宽度方向扫描速度v；确定单线激光雷达旋转的角度随时间的变化关系为：确定单线激光雷达旋转的角度速度与时间变化关系；根据角度速度与时间变化关系控制伺服电机旋转速度。本专利技术的有益效果在于：1.本专利技术所述的激光雷达扫描装置，通过在伺服电机控制激光雷达俯仰运动实现三维扫描；通过控制伺服电机的旋转角速度，进而实现扫描线运动状态可控功能；该扫描结构及扫描方式能够满足激光雷达三维扫描的功能同时解决扫描线分布不均问题。2.本专利技术所述的激光雷达扫描装置，仅需要一个光源且简化内部光路结构，将复杂扫描方式简单化成外部辅助扫描，实现扫描线分布均匀。3.本专利技术所述的激光雷达扫描装置的扫描方法，监测区域内实现各个位置监测精度一致，能够在识别远处小体积障碍物。附图说明图1为本专利技术所述的激光雷达扫描装置示意图。图2为本专利技术所述的伺服电机旋转角速度非线性变化曲线图。图3为本专利技术所述的监测区域俯视示意图。图4为本专利技术所述的监测区域侧视示意图。图5为本专利技术所述的扫描线的距离随时间变化曲线图。图6为现有技术非均匀性扫描线图示。图7为本专利技术所述的均匀性扫描线图示。图8为现有技术的激光雷达扫描装置得到的实际点云图。图9为本专利技术所述的扫描装置得到的实际点云图。图中：1-雷达立柱；2-固定底板；3-伺服电机；4-同步带；5-编码器；6-单线激光雷达；7-监测区域；13-扫描线；a-监测区域长度；b-监测区域宽度；α-扫描角度；h-雷达立杆高度。具体实施方式下面结合附图以及具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。如图1、图3和图4所示，本专利技术所述的激光雷达扫描装置，包括单线激光雷达6、雷达立柱1、固定底板2；所述固定底板2悬挂安装在雷达立柱1上，这样安装便捷省力同时还能减轻伺服电机3负载，另外在悬挂安装的结构中固定底板2能够起到遮挡落尘雨水的作用；所述单线激光雷达6通过旋转装置安装在固定底板2上，所述旋转装置用于使单线激光雷达6旋转，所述单线激光雷达6用于提供单光源脉冲信号光输出，实现水平面二维扫描。所述旋转装置包括伺服电机3、同步带传动装置和编码器5；所述伺服电机3通过同步带传动装置与单线激光雷达6连接，所述编码器5用于反馈控制伺服电机3旋转角度。所述伺服电机3旋转角速度为非线性，用于在扫描线的宽度方向获得均匀分布扫描线，伺服电机旋转角速度非线性变化曲线图如图2所示。本专利技术所述的激光雷达扫描装置的扫描方法，包括如下步骤：确定监测区域7，确定需要扫描监测区域长度a和监测区域宽度b，确定所述单线激光雷达6与监测区域水平距离d，确定所述单线激光雷达6与监测区域7的垂直高度h；确定单次扫描所用时间t与监测区域宽度b的关系，得出扫描线的宽度方向扫描速度，具体为：监测区域宽度b内的扫描线总数条数n，监测区域7的扫描时间为t，每条扫描线扫过的监测宽度为b/(n-1)，扫描用时t/(n-1)，得出扫描线的宽度方向扫描速度v；图5是扫描线的宽度方向扫描距离随时间变化的图像，其斜率的数值就是扫描线速度的值v，得到扫描线的宽度方向扫描速度是一个恒定值，而扫描线分布均匀化的过程就是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光雷达扫描装置，其特征在于，包括单线激光雷达(6)、雷达立柱(1)、固定底板(2)；所述固定底板(2)安装在雷达立柱(1)上，所述单线激光雷达(6)通过旋转装置安装在固定底板(2)上，所述旋转装置用于使单线激光雷达(6)旋转，所述单线激光雷达(6)用于提供单光源脉冲信号光输出，实现水平面二维扫描。/n

【技术特征摘要】
1.一种激光雷达扫描装置，其特征在于，包括单线激光雷达(6)、雷达立柱(1)、固定底板(2)；所述固定底板(2)安装在雷达立柱(1)上，所述单线激光雷达(6)通过旋转装置安装在固定底板(2)上，所述旋转装置用于使单线激光雷达(6)旋转，所述单线激光雷达(6)用于提供单光源脉冲信号光输出，实现水平面二维扫描。


2.根据权利要求1所述的激光雷达扫描装置，其特征在于，所述旋转装置包括伺服电机(3)、同步带传动装置和编码器(5)；所述伺服电机(3)通过同步带传动装置与单线激光雷达(6)连接，所述编码器(5)用于反馈控制伺服电机(3)旋转角度。


3.根据权利要求1所述的激光雷达扫描装置，其特征在于，所述伺服电机(3)旋转角速度为非线性，用于在扫描线的宽度方向获得均匀分布扫描线。

【专利技术属性】
技术研发人员：宋娟，章旭，朱国安，杨盈莹，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32