基于无线传输的360°TOF激光扫描雷达的制作方法

本发明涉及电子设备领域，尤其涉及一种基于无线传输的360°TOF激光扫描雷达。

背景技术：

目前激光扫描雷达中，驱动部驱动测量部转动，从而测量部可以对周侧的环境进行测量。多数情况下，驱动部上的发电模块和测量部的受电模块是通过有线连接，实现电能传导。并且，驱动部的信号端和测量部的信号端也是通过有线连接，实现信号传导。从而导致驱动仅能驱动测量部在有限的角度范围内转动，从而导致目前的激光扫描雷达测量性能不高。

技术实现要素：

本发明提供一种提高测量性能的基于无线传输的360°TOF激光扫描雷达,旨在解决现有激光扫描雷达测量性能不高的问题。

本发明提供一种基于无线传输的360°TOF激光扫描雷达，其中，所述基于无线传输的360°TOF激光扫描雷达包括驱动部、测量部、电能传输部和信号传输部，所述驱动部驱动所述测量部转动，所述电能传输部包括固定于所述驱动部的供电线圈和固定于所述测量部的受电线圈，所述供电线圈与所述受电线圈电磁耦合，所述受电线圈向所述测量部传输电能，所述信号传输部包括固定于所述驱动部的第一信号端和固定于所述测量部的第二信号端，所述第一信号端与所述第二信号端无线传输信号，所述第二信号端向所述测量部收发信号。

本发明的基于无线传输的360°TOF激光扫描雷达，通过所述供电线圈与所述受电线圈电磁耦合，所述受电线圈向所述测量部传输电能；所述第一信号端与所述第二信号端无线传输信号，所述第二信号端向所述测量部收发信号。从而使得所述测量部与所述驱动部之间无限制元件，所述测量部可以相对所述驱动部在360°范围内全方位转动，以提高所述基于无线传输的360°TOF激光扫描雷达的测量性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式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方式，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是本发明提供的第一实施例的基于无线传输的360°TOF激光扫描雷达的示意图；

图2是本发明提供第二实施例的基于无线传输的360°TOF激光扫描雷达的电能传输部局部示意图；

图3是本发明提供第三实施例的基于无线传输的360°TOF激光扫描雷达的电能传输部局部示意图；

图4是本发明提供第四实施例的基于无线传输的360°TOF激光扫描雷达的电能传输部局部示意图；

图5是本发明提供第五实施例的基于无线传输的360°TOF激光扫描雷达的电能传输部和信号传输部局部示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参阅图1，本发明提供的一种基于无线传输的360°TOF(time of flight,飞行时间)激光扫描雷达100。所述基于无线传输的360°TOF激光扫描雷达100包括驱动部10、测量部20、电能传输部30和信号传输部40。所述驱动部10驱动所述测量部20转动。所述电能传输部30包括固定于所述驱动部10的供电线圈31和固定于所述测量部20的受电线圈32。所述供电线圈31与所述受电线圈32电磁耦合。所述受电线圈32向所述测量部20传输电能。所述信号传输部40包括固定于所述驱动部10的第一信号端41和固定于所述测量部20的第二信号端42。所述第一信号端41与所述第二信号端42无线传输信号，所述第二信号端42向所述测量部20收发信号。可以理解的是，所述测量部20接收所述受电线圈32的电能，从而可以保证运行，以及通过所述第二信号端42收发信号，从而实现所述测量部20实现测量信号的收发。

通过所述供电线圈31与所述受电线圈32电磁耦合，所述受电线圈32向所述测量部20传输电能；所述第一信号端41与所述第二信号端42无线传输信号，所述第二信号端42向所述测量部20收发信号。从而使得所述测量部20与所述驱动部10之间无限制元件，所述测量部20可以相对所述驱动部10在360°范围内全方位转动，以提高所述基于无线传输的360°TOF激光扫描雷达100的测量性能。

本实施方式中，所述驱动部10可以是电机、可以是机械动力机、也可以是风能动力机。所述驱动力10通过向所述测量部20提供转动扭矩，而驱动所述测量部20转动。作为一种较优实施方式，所述驱动部10设有接电端口，该接电端口接受电能，从而所述驱动部10将电能转化为机械动能，并将机械动能提供至所述测量部20，以使所述测量部20转动。在其他实施方式中，若所述驱动部10为机械动力机，则所述驱动部10可以接收外部机械动能，并将该机械动能转化成转动扭矩，提供至所述测量部20。

本实施方式中，所述测量部20通过对外发射信号，并接收外部反馈的信号，从而可以测量外部环境信息。通过驱动所述测量部20转动，从而使得所述测量部20对四周环境信息均可以进行测量。可以理解的是，所述测量部20可以测量位移信息，以及根据位移信息获得距离、速率、环境扫描等信息。所述测量部20电连接所述受电线圈32，通过所述手电线圈32获得电能，从而保证所述测量部20可以正常运行。所述测量部20还电连接所述第二信号端42，从而可以根据所述第二信号端42的信号指令对外发射信号，并在接收外部反馈信号后向所述信号端42发送外部反馈信号。

本实施方式中，所述电能传输部30负责从所述驱动部10的接电端口获取电能，并将电能传递至所述测量部20。即所述供电线圈31电连接所述驱动部10的接电端口，从而使得所述供电线圈31接通电流，所述供电线圈31通过电磁耦合，将电流耦合传导至所述受电线圈32。所述供电线圈31的直径与所述受电线圈32的直径相同。所述受电线圈32通过磁场感应，接收到电流后，将电流传导至所述测量部20，从而使得所述测量部20接收电能。由于所述供电线圈31与所述受电线圈32之间无线连接，从而所述驱动部10与所述测量部20之间不存在线缆限制，进而所述测量部20可以相对所述驱动部10转动360°，进而提高所述测量部20的测量范围。而且所述驱动部10与所述测量部20之间无摩擦元件，从而提高所述测量部20的转动性能，减少能量损耗。

提供第一种实施例，所述供电线圈31的线圈排列方向和所述受电线圈32的线圈排列方向均沿平行所述测量部20的转动轴向。且所述供电线圈31和所述受电线圈32均围合于所述测量部20的转动轴线。所述受电线圈32靠近所述测量部20的转动轴线，所述供电线圈31位于所述受电线圈32外侧。当然，在其他方式中，也可以是所述供电线圈31靠近所述测量部20的转动轴线，所述受电线圈32位于所述供电线圈31外侧。

请参阅图2，提供第二种实施例，所述供电线圈31的线圈排列方向和所述受电线圈32的线圈排列方向均位于垂直所述测量部20转动轴向的平面内。所述供电线圈31和所述受电线圈32分别在所述测量部20的转动轴向上下排列。

请参阅图3，提供第三实施例，与第二实施例大致相同，不同的是，所述供电线圈31和所述受电线圈32均套设于磁柱33上。通过所述磁柱33将所述供电线圈31内侧的磁场传导至所述受电线圈32内侧，从而使得所述受电线圈32根据磁场产生感应电流，从而使得所述受电线圈32获得电能，进而加强所述供电线圈31与所述供电线圈32的电磁耦合性能。

请参阅图4，提供第四实施例，与第一实施例大致相同，不同的是，所述供电线圈31附设于呈套筒状的支架34上。所述受电线圈32套设于柱形磁导体35上。从而使得所述供电线圈31的磁场强化，而所述受电线圈32的磁场感应性能加强，从而加强所述供电线圈31与所述受电线圈32的电磁耦合性能。

本实施方式中，所述信号传输部40负责与所述测量部20信号传导。该信号包括测量部20的转向、转速、测量距离、信号强度等信息，以及还包括控制端向所述测量部20发送的控制指令。所述第一信号端41电连接所述驱动部10的信号端口，从而使得所述第一信号端41通过信号端口向所述测量部20收发信号。而所述第二信号端42与所述第一信号端41无线传输信号，从而所述第二信号端42与所述驱动部10的信号端口无线传输信号。而所述第二信号端42电连接所述测量部20，从而所述测量部20通过所述信号传输部40与所述驱动部10的信号端口无线传输信号。可以理解的是，所述驱动部10的信号端口可以连接终端或者连接于处理芯片上。由于所述第一信号端41与所述第二信号端42之间无线连接，从而所述驱动部10与所述测量部20之间不存在线缆限制，进而所述测量部20可以相对所述驱动部10转动360°，进而提高所述测量部20的测量范围。而且所述驱动部10与所述测量部20之间无摩擦元件，从而提高所述测量部20的转动性能，减少能量损耗。

进一步地，请继续参阅图1，所述第一信号端41为第一信号线圈，所述第二信号端42为第二信号线圈，所述第一信号端41与所述第二信号端42耦合连接。

本实施方式中，所述第一信号端41绕线方式与所述供电线圈31绕线方式可以相同设置。所述第一信号端41的直径与所述第二信号端42的直径相同。所述第二信号端42绕线方式与所述供电线圈32绕线方式可以相同设置。所述第一信号端41的线圈匝数可以不同与所述供电线圈31，所述第一信号端41的绕线直径可以不同于所述供电线圈32的直径。所述第二信号端42可以与所述第一信号端41相同设置。在其他实施方式中，所述第一信号端41与所述第二信号端42还可以是通过无线局域网、WIFI、蓝牙、或者电磁短波等方式无线传输信号。

进一步地，所述第一信号端41的几何中心轴线与所述供电线圈31的几何中心轴线相重合，所述第二信号端42与所述受电线圈32的几何中心轴线相重合。

本实施方式中，所述第一信号端41和所述测量部20沿平行转动轴线方向上下排列。利用所述第一信号端41的几何中心轴线与所述供电线圈31的几何中心轴线相重合，从而可以保证所述第一信号端41的磁场中心轴线与所述供电线圈31的磁场中心轴线相重合。并且所述第一信号端41的磁场中心轴线与所述测量部20的转动轴线相重合。通过所述测量部20的转动轴线与所述受电线圈32的几何中心轴线和第二信号端42的几何中心轴线相重合，从而在所述测量部20转动时，所述受电线圈32与所述供电线圈31相配合，所述第二信号端42与所述第一信号端41相配合。

进一步地，所述驱动部10设有耦合转轴11，所述测量部20设有与所述耦合转轴11相配合的耦合轴孔21，所述供电线圈31和所述第一信号端41均套设于所述耦合转轴11的外侧壁。所述供电线圈31的几何中心轴线与所述耦合转轴11的几何中心轴线相重合。所述受电线圈32和所述第二信号端42均固定于所述耦合轴孔21的内侧壁，且所述受电线圈32的几何中心轴线与所述耦合轴孔21的几何中心轴线相重合。

本实施方式中，所述供电线圈31和所述第一信号端41沿所述耦合转轴11的长度方向排列。所述耦合转轴11对所述供电线圈31和所述第一信号端41提供承载结构，从而使得所述供电线圈31和所述第一信号端41可以稳固于所述驱动部10。所述受电线圈32和所述第二信号端42沿所述耦合轴孔21的深度方向排列。所述耦合轴孔21对所述受电线圈32和所述第二信号端42提供承载结构，从而使得所述受电线圈32和所述第二信号端42可以稳固于所述测量部20上，并且所述测量部20带动所述受电线圈32和所述第二信号端42转动。而所述耦合转轴11伸入所述耦合轴孔21，从而所述耦合转轴11在所述耦合轴孔21内转动。所述耦合轴孔21与所述耦合转轴11之间无摩擦。所述耦合轴孔21的几何中心轴线与所述耦合转轴11的几何中心轴线相重合，从而所述供电线圈31与所述受电线圈32相配合，所述第一信号端41与所述第二信号端42相配合。当然，在其他实施方式中，还可以是所述驱动部10上设置轴孔，所述供电线圈31和所述第一信号端41均固定于该轴孔内，所述测量部20设置与该轴孔相配合的转轴，所述受电线圈32和所述第二信号端42均套设于该转轴上。

进一步地，请参阅图5，提供第五实施例，与第一实施例大致相同，不同的是，所述电能传输部30还包括固定于所述耦合转轴11外侧壁的供电磁环33和固定于所述耦合轴孔21内侧壁的受电磁环34，所述供电磁环33和所述受电磁环34分别设有朝向相对设置的第一容槽331和第二容槽341，所述供电线圈31和所述受电线圈32分别卡设于所述第一容槽331和所述第二容槽341。

本实施方式中，所述供电磁环33的几何中心轴线与所述耦合转轴11的几何中心轴线相重合。所述受电磁环34的几何中心轴线与所述耦合轴孔21的几何中心轴线相重合。所述供电磁环33的直径与所述受电磁环34的直径相同。所述第一容槽331的开口朝向所述第二容槽341，所述第二容槽341的开口朝向所述第一容槽331。所述供电磁环33对所述供电线圈31靠近所述耦合转轴11内侧壁的磁场进行屏蔽，从而增强所述供电线圈31内侧磁场。所述受电磁环34对所述受电线圈32靠近所述耦合轴孔21外侧壁的感应磁场进行屏蔽，从而增强所述受电线圈32外侧的感应磁场，从而提高所述供电线圈31和所述受电线圈32的耦合性能。并且通过所述供电线圈31卡于所述第一容槽331内，所述受电线圈32卡于所述第二容槽341内，从而增加所述供电线圈31和所述受电线圈32的稳固结构。在其他实施方式中，所述供电线圈31和所述受电线圈32还可以是分别粘接于所述耦合转轴11和所述耦合轴孔21上。

进一步地，所述信号传输部40还包括套设于所述耦合转轴11外侧壁的第一信号磁环43和固定于所述耦合轴孔21内侧壁的第二信号磁环44。所述第一信号磁环43与所述供电磁环33相并列，所述第二信号磁环44与所述受电磁环34相并列。所述第一信号磁环43和所述第二信号磁环44分别设有朝向相对设置第三容槽431和第四容槽441，所述第一信号端41和所述第二信号端42分别卡设于所述第三容槽431和所述第四容槽441。

本实施方式中，所述第一信号磁环43的几何中心轴线与所述耦合转轴11的几何中心轴线相重合。所述受电磁环34的几何中心轴线与所述耦合轴孔21的几何中心轴线相重合。所述第一信号磁环43的直径与所述第二信号磁环44的直径相同。所述第三容槽431的开口朝向所述第四容槽441，所述第四容槽441的开口朝向所述第三容槽431。所述第一信号磁环43对所述第一信号端41靠近所述耦合转轴11外侧壁的磁场进行屏蔽，从而增强所述第一信号端41外磁场。所述第二信号磁环44对所述第二信号端42靠近所述耦合轴孔21内侧壁的感应磁场进行屏蔽，从而增强所述第二信号端42内侧的感应磁场，从而提高所述第一信号端41和所述第二信号端42的耦合性能。并且通过所述第一信号端41卡于所述第三容槽431内，所述第二信号端42卡于所述第四容槽441内，从而增加所述第一信号端41和所述第二信号端42的稳固结构。在其他实施方式中，所述第二信号端41和所述第二信号端42还可以是分别粘接于所述耦合转轴11和所述耦合轴孔21上。

进一步地，请继续参阅图1，在第一实施例中，所述驱动部10包括转轴套筒12，所述耦合转轴11固定于所述转轴套筒12内侧，所述耦合转轴11的几何中心轴线与所述转轴套筒12的几何中心轴线相重合。所述测量部20包括驱动转轴22，所述驱动转轴22与所述转轴套筒12相配合，所述耦合轴孔21开设于所述驱动转轴22，所述耦合轴孔21的几何中心轴线与所述驱动转轴22的几何中心轴线相重合。

本实施方式中，通过所述转轴套筒12与所述驱动转轴22相配合，从而使得所述测量部20相对所述驱动部10转动。所述转轴套筒12和所述驱动转轴22之间还连接有轴承22a，从而减小所述转轴套筒12与所述驱动转轴22的摩擦。由于所述耦合轴孔21开设于所述驱动转轴22，而所述耦合转轴11又固定于所述转轴套筒12内侧，从而使得所述驱动部10和所述测量部20交叉配合，进而提高所述基于无线传输的360°TOF激光扫描雷达100的稳定性。一方面可以对所述电能传输部30和所述信号传输部40进行保护，提高所述基于无线传输的360°TOF激光扫描雷达100的安全性。另一方面，可以减小所述测量部20对所述驱动部10的摩擦损耗，从而提高所述基于无线传输的360°TOF激光扫描雷达100的节能性。在其他实施方式中，还可以是所述驱动部10上设置转轴，所述测量部20上设置与所述转轴相配合的轴孔。

进一步地，所述测量部20还包括围合于所述驱动转轴22周侧的转动环22b，所述驱动部10还包括底座13、电机线圈14和内转子磁环15，所述底座13设有容槽131，所述转轴套筒12固定于所述容槽131底端，且所述电机线圈14套设于所述转轴套筒12外侧壁，所述内转子磁环15固定于所述转动环22b内侧与所述电机线圈14相配合，所述内转子磁环15带动所述转动环22b转动，以使所述测量部20转动。

本实施方式中，所述底座13呈盒体状。所述容槽131的开口朝向所述测量部20。所述转轴套筒12的几何中心轴线与所述容槽131的几何中心轴线相重合。从而所述驱动转轴22在所述转轴套筒12内稳定转动。通过所述电机线圈14的磁场作用力，驱动所述内转子磁环15转动，从而带动所述转动环22b转动，进而使得所述测量部20相对所述驱动部10转动。所述底座13对所述电机线圈14和所述内转子磁环15进而保护。

进一步地，所述测量部20还包括转动平台23和固定于所述转动平台23的谐振发射器24，以及固定于所述转动平台23的谐振感应器25，所述转动平台23固定于所述驱动转轴22的一端，并封盖所述容槽131的开口。所述转动平台23带动所述谐振发射器24向周侧发射谐振，以及带动所述谐振感应器24接收从周侧反射过来的谐振，所述谐振发射器24和所述谐振感应器25均电连接所述受电线圈32，并且均电连接所述第二信号端42。

本实施方式中，所述转动平台23呈板状。所述转动平台23封盖所述容槽131的开口，对所述电机线圈14、内转子磁环15、电能传输部30和电信号传输部40进行保护。所述谐振发射器24和所述谐振感应器25均固定于所述转动平台23与所述驱动转轴22相背一侧。所述谐振发射器24向周侧发射谐振后，周侧的物体将谐振反射至所述谐振感应器25，通过将所述谐振感应器25所接收的谐振与所述谐振发射器24所发射的谐振进行比对，从而可以测量出外部环境信息。所述谐振发射器24和所述谐振感应器25通过所述受电线圈32获得电能，从而运行工作。所述谐振发射器24和所述谐振感应器25均所述第二信号端42获得控制指令信号，以及向所述第二信号端42反馈信号。具体的，所述谐振发射器24为激光脉冲发射器，所述谐振感应器25为激光脉冲感应器。所述谐振发射器24发射的谐振为激光脉冲，即所述谐振发射器24将激光脉冲发射至外部，外部环境将激光反射至所述谐振感应器24，从而根据比对可以测量出距离、转动角度和位移变化等信息。即使得所述基于无线传输的360°TOF激光扫描雷达100可以具有激光测距功能、扫描仪功能和激光雷达功能。

进一步地，所述测量部20还包括固定于所述转动平台23上的支架26，所述支架26设有开口方向均垂直于所述驱动转轴22几何中心轴线的第一容纳槽261和第二容纳槽262。所述谐振发射器24和所述谐振感应器25分别固定于所述第一容纳槽261和所述第二容纳槽262。通过将所述谐振发射器24固定于所述第一容纳槽261，从而使得所述谐振发射器24的谐振发射方向集中，从而提高所述谐振发射器24的谐振发射强度。而将所述谐振感应器25固定于所述第二容槽262，从而避免外部其他谐振信号干扰所述谐振感应器25。所述第二容纳槽262的开口口径大于所述第一容纳槽261的开口口径。

进一步地，所述测量部20还包括罩设于所述转动平台23上的防护罩27，所述谐振发射器24和所述谐振感应器25分别通过所述防护罩27发射谐振和接收谐振。利用所述防护罩27对所述支架26进行笼罩，从而所述防护罩27对所述谐振发射器24和所述谐振感应器25进行保护。所述防护罩27为滤光壳体，所述防护罩27透过激光，从而达到防水防尘功能。

进一步地，所述测量部20还包括固定于所述转动平台23的光电开关，所述光电开关电连接所述受电线圈32和所述第二信号端42，所述驱动部10还包括固定于所述底座13的主板16和电连接所述主板16的编码器，所述编码器电连接所述第一信号端31，将所述转动平台23的位移信息发送至所述主板16。

本实施方式中，所述光电开关监测所述转动平台23的转动信息，并将该转动信息通过所述信号传输部40传递至所述编码器。所述编码器根据FSK(Frequency-shift-keying，移频键控)、或PSK(Phase-Shift-Keying，移相键控)或ASK(Amplitude-shift-keying，振幅键控)对该转动信息进行调制解码，以使控制端可以识别所述测量部20的转动信息，以及控制所述测量部20运行。

进一步地，所述驱动部10还包括信号处理芯片，所述信号处理芯片电连接于所述主板16，以处理所述谐振发射器24和所述谐振感应器25的信号。

本实施方式中，所述信号处理芯片可以是TDC(Time-to-Digital Converter，时间数字转换器)。所述信号处理芯片可以根据所述谐振发射器24发射谐振信号和所述谐振感应器25感应谐振信号而获得该谐振发射器24发射谐振至所述谐振感应器25感应谐振的时间，并将该时间转换成控制端可以识别的数字信号。从而控制端可以根据该数字信号计算出所述测量部20的移动距离、移动方位、反馈强度等信息。该控制端可以是连接于外部设有中央处理器的终端。

具体的，所述测量部20的测量过程是：首先，控制端对所述驱动部10的主板16发送驱动指令，所述主板16对所述电机线圈14发送电能，从而驱动所述测量部20转动，以及经所述供电线圈31和所述受电线圈32向所述谐振发射器24和所述谐振感应器25发送电能。然后，该控制端经所述第一信号端41和所述第二信号端42向所述谐振发射器24发送谐振驱动信号，以使所述谐振发射器24发射谐振。同时所述信号处理芯片接收起始计时信号。再然后，所述谐振感应器25接受测量单元的的反馈谐振，同时所述信号处理芯片接收计时终止信号。最后，所述信号处理芯片获得谐振发射和感应时间差，从而向控制端发送该时间差。该控制端根据时间差和方位信息，计算出所述测量单元至所述测量部的距离，或者位移信息，或者信号强度差信息。

当然，在其他实施方式中，所述信号处理芯片也可以是集成有TCD的FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)芯片。所述信号处理芯片除了可以获得所述测量部20的谐振发射和感应时间差之外，还可以承担根据测量部20方位、信号强度、位移等信息直接计算测量结果，从而使得所述基于无线传输的360°TOF激光扫描雷达100省去连接外部终端，以提高所述基于无线传输的360°TOF激光扫描雷达100的用户体验。

本发明的基于无线传输的360°TOF激光扫描雷达，通过所述供电线圈与所述受电线圈电磁耦合，所述受电线圈向所述测量部传输电能；所述第一信号端与所述第二信号端无线传输信号，所述第二信号端向所述测量部收发信号。从而使得所述测量部与所述驱动部之间无限制元件，所述测量部可以相对所述驱动部在360°范围内全方位转动，以提高所述基于无线传输的360°TOF激光扫描雷达的测量性能。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。