一种激光雷达稳定装置的制作方法

本发明涉及激光雷达技术领域，特别是涉及一种激光雷达稳定装置。

背景技术

激光雷达利用激光对周围环境进行3d扫描，在自动驾驶、高清地图等领域中有不可替代的作用。传统的激光雷达通过固定支架安装在运载平台上，运载平台的振动直接引起雷达的位姿发生变化，降低激光雷达的分辨率和精度，这使得激光雷达测量得到的数据有很多噪声。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种激光雷达稳定装置，以解决上述现有技术存在的问题，使激光雷达实现竖直方向的稳定控制，以减少测量数据噪声。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种激光雷达稳定装置，包括稳定平台，所述稳定平台包括中间轴，所述中间轴上套设有内磁环组，所述内磁环组外侧设置有线圈组，所述内磁环组与所述线圈组之间设有间隙，所述线圈组外侧设有保持架，所述线圈组的下端设置在所述保持架的台阶上，所述保持架上端连接有上板簧，所述保持架下端连接有下板簧，所述保持架与所述上板簧、所述下板簧的外环通过螺栓连接，所述上板簧和所述下板簧的内环与所述中心轴连接，所述保持架外侧设有机箱，所述机箱用于支撑所述保持架。

优选的，所述内磁环组由若干个内磁环叠层而成，所述内磁环为轴向充磁的环形永磁铁。

优选的，所述线圈组由若干个环形线圈叠层而成，每个所述环形线圈均与一所述内磁环相对应，所述环形线圈与所述内磁环的数量和轴向高度均相等。

优选的，所述机箱上端设置有箱盖，所述保持架的外圆周上均匀设置有若干个支耳，所述机箱上设置有凹槽，所述凹槽与所述支耳的位置相对应，所述支耳上设置有上摆杆和下摆杆，所述上摆杆的上端通过预压螺栓与所述箱盖连接，所述上摆杆的下端与所述支耳连接，所述下摆杆的上端与所述支耳连接，所述下摆杆的下端与所述机箱的底部连接，所述预压螺栓给所述上摆杆和所述下摆杆施加预压力。

优选的，所述上摆杆和所述下摆杆同轴设置且横截面相等。

优选的，所述内磁环组上端面和下端面均设置有固定环，所述固定环与所述中间轴通过螺纹连接，所述内磁环组通过所述固定环固定在所述中间轴上。

优选的，所述上板簧和所述下板簧均包括所述内环、所述外环和连接臂，所述连接臂的一端连接所述内环，所述连接臂的另一端连接所述外环，所述连接臂沿所述内环周向均匀设置有至少三个。

优选的，还包括支撑杆，所述支撑杆下端与所述中心轴的上端通过螺纹连接，所述上板簧夹持在所述支撑杆与所述中心轴之间，所述支撑杆上端用于连接激光雷达。

优选的，还包括计算机和可控电源，所述激光雷达、所述计算机、所述可控电源和所述稳定平台依次电连接，所述计算机根据所述激光雷达的建模信息利用图像处理算法计算所述激光雷达的位姿，然后根据稳定控制算法得到控制信号，所述可控电源将所述控制信号转化成驱动电流输送到所述稳定平台的线圈组。

优选的，所述可控电源包括电连接的数据采集卡和功率放大器，所述数据采集卡与所述计算机电连接，所述功率放大器与所述线圈组电连接，所述数据采集卡将计算机输出的所述控制信号转化成模拟电压信号输送给所述功率放大器，所述功率放大器将所述数据采集卡输出的模拟电压信号转化成驱动电流并输送给所述线圈组。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明通过设置内磁环组和线圈组，线圈组通电后与内磁环组之间产生电磁力，电磁力抵消上板簧和下板簧在竖直方向的回复力，减轻激光雷达竖直方向上振动的干扰，实现竖直方向的稳定控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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他的附图。

图1为本发明的激光雷达稳定装置示意图；

图2为本发明中的稳定平台示意图；

图3为本发明中的上板簧和下板簧示意图；

其中：1-稳定平台，2-激光雷达，3-计算机，4-可控电源，101-保持架，102-上摆杆，103-中间轴，104-内磁环组，105-线圈组，106-固定环，107-预压螺栓，108-支撑杆，109-上板簧，1091-外环，1092-内环，1093-连接臂，1010-箱盖，1011-机箱，1012-下摆杆，1013-下板簧，1014-支耳。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种激光雷达稳定装置，以解决上述现有技术存在的问题，使激光雷达实现竖直方向的稳定控制，以减少测量数据噪声。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-图3所示：本实施例提供了一种激光雷达2稳定装置，包括稳定平台1、计算机3和可控电源4，激光雷达2、计算机3、可控电源4和稳定平台1依次电连接。

稳定平台1包括中间轴103，中间轴103上套设有内磁环组104，内磁环组104上端面和下端面均设置有固定环106，固定环106与中间轴103通过螺纹连接，内磁环组104通过固定环106固定在中间轴103上。内磁环组104由若干个内磁环叠层而成，内磁环为轴向充磁的环形永磁铁，内磁环组104外侧设置有线圈组105，内磁环组104与线圈组105之间设有间隙，线圈组105由若干个环形线圈叠层而成，每个环形线圈均与一内磁环相对应，环形线圈与内磁环的数量和高度均相等，本实施例中环形线圈与内磁环均为四个。

线圈组105外侧设有保持架101，线圈组105的下端设置在粘在保持架101的台阶上，与内磁环组同轴，保持架101上端连接有上板簧109，保持架101下端连接有下板簧1013，上板簧109和下板簧1013均包括内环1092、外环1091和连接臂1093，连接臂1093的一端连接内环1092，连接臂1093的另一端连接外环1091，连接臂1093沿内环1092周向均匀设置有至少三个，本实施例中连接臂1093为三个，上板簧109和下板簧1013的连接臂1093的位置相对应。保持架101与上板簧109、下板簧1013的外环1091通过螺栓连接，上板簧109和下板簧1013的内环1092与中心轴连接。上板簧109和下板簧1013用于产生竖直方向的正刚度，承载激光雷达2以及与其固定的其他零件的重量。保持架101外侧设有机箱1011，机箱1011用于支撑保持架101。

计算机3根据激光雷达2的建模信息利用图像处理算法计算激光雷达2的位姿，然后根据稳定控制算法得到控制信号。可控电源4的数据采集卡与计算机3电连接，将计算机3输出的控制信号转化成模拟电压信号输送给可控电源4的功率放大器，功率放大器与线圈组105电连接，功率放大器将数据采集卡输出的模拟电压信号转化成驱动电流并输送给稳定平台的线圈组105。

运载平台振动时，上板簧109和下板簧1013的回复力指向初始位置。激光雷达2获得的信息经过图像处理算法得到位姿信息，根据稳定控制算法计算所需电流大小，利用可控电源4将其输出给线圈即可控制电磁力，从而实现稳定平台1竖直方向的自稳定。当图像处理算法识别出激光雷达2处于初始位置上方时，控制电流使得环形线圈通电后与内磁环产生的电磁力向上；反之，当图像处理算法识别出激光雷达2处于初始位置下方时，控制电流使得环形线圈通电后与内磁环产生的电磁力向下，这样就可以抵消一部分来自于上板簧109和下板簧1013的回复力，从而保持位姿稳定，减轻竖直方向振动的干扰。

本实施例中机箱1011上端设置有箱盖1010，保持架101的外圆周上均匀设置有若干个支耳1014，本实施例中支耳1014为三个，机箱1011上设置有凹槽，凹槽与支耳1014的位置相对应，支耳1014上设置有上摆杆102和下摆杆1012，上摆杆102和下摆杆1012同轴设置且直径相等。上摆杆102的上端通过预压螺栓107与箱盖1010连接，上摆杆102的下端设置在支耳1014上的槽内，下摆杆1012的上端设置在支耳1014上的槽内，下摆杆1012的下端与机箱1011的底部连接，预压螺栓107给上摆杆102和下摆杆1012施加预压力。当上摆杆102和下摆杆1012轴向受压时，这个轴向压力会使得上摆杆102和下摆杆1012在水平方向变形所需要的力减小，即上摆杆102和下摆杆1012的水平刚度降低。利用这种梁柱效应，通过调整预压螺栓107施加在摆杆上的压力，使得上摆杆102和下摆杆1012处于临界屈服的状态，实现上摆杆102和下摆杆1012水平方向的低刚度，低水平刚度可以扩展隔振频带，只要运载平台水平方向的主要振动频率处于有效隔振带宽内，即可隔离水平方向振动的干扰，在很大程度上保证激光雷达2的位姿稳定。

本实施例还包括支撑杆108，支撑杆108下端与中心轴的上端通过螺纹连接，上板簧109的内环1092夹持在支撑杆108与中心轴之间，支撑杆108上端通过螺纹连接激光雷达2。支撑杆108两端对称设置有突出部，突出部用于方便固定激光雷达2和上板簧109。支撑杆108为单根细杆，在受力时很容易倾斜形变，支撑杆108在倾斜方向的刚度很低，可以用于隔离倾斜方向的振动干扰。

以直角坐标系为例，本实施例的稳定平台1在竖直方向上采用上板簧109、下板簧1013与内磁环组104、线圈组105并联，利用激光雷达2作为传感器对振动信息进行反馈，使用稳定控制算法控制环形线圈电流改变内磁环组104和线圈组105组成的电磁弹簧的电磁力，从而实现竖直方向(z向平动)的稳定控制；同时预压上摆杆102和下摆杆1012，利用上摆杆102和下摆杆1012在临界屈服状态下水平刚度低的特性来隔离水平方向(x向平动、y向平动和绕z轴转动)振动的干扰；利用单根细支撑杆108隔离倾斜方向(绕x轴转动和绕y轴转动)振动的干扰。本实施例的内磁环组104和线圈组105组成的电磁弹簧与上板簧109、下板簧1013主动控制实现竖直方向稳定，上摆杆102和下摆杆1012完成水平方向的被动隔振，以及支撑杆108完成倾斜方向的被动隔振，三者串联可实现六自由度隔振，即三轴平动和三轴转动都被隔离，从而隔离来自运载平台的振动的干扰，保持激光雷达2自身位姿稳定，减少测量噪声，提高激光雷达2的精度和分辨率。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。