非连续圆柱式自动驾驶汽车激光雷达振镜及其旋转机构的制作方法

1.本实用新型属于激光扫描领域，具体涉及非连续圆柱式自动驾驶汽车激光雷达振镜及其旋转机构。


背景技术：

2.二十一世纪以来，伴随着物联网、集成电路以及人工智能的发展，无人驾驶技术已经成为智能汽车领域的重要环节，这一技术实现的关键就是对汽车周围环境进行精确感知，而障碍探测技术对环境感知起基础决定性作用，因此，深入研究障碍物测量方法对于无人驾驶技术的发展意义重大。
3.常用的车辆障碍物探测手段主要有高精度摄像头系统、毫米波雷达以及激光雷达等。激光雷达是利用特定波长的激光信号对障碍物表面进行主动式扫描来获取障碍物表面信息，因此其不易受环境光的影响，抗干扰能力强，具有良好方向性以及相干性，可以实现高精度测量，因此激光雷达技术在障碍探测以及环境重建方面具有明显的优势。在进行测量时，一般采用扫描式激光雷达对障碍物进行二维或三维测量，其探测机理主要是以激光作为辐射源对目标障碍物进行高精度距离测量，以便车辆及时有效地规避障碍物。
4.目前应用于无人驾驶车的激光雷达研究多以扫描式激光雷达为主，以脉冲激光测距作为主要障碍物探测方式，但是其普遍存在研发成本高、系统复杂并且测量精度难以提高的不足，系统稳定性差。因此，在此基础上，研究并设计低成本、集成度高并且可以实现高精度测量的激光雷达系统对于无人驾驶技术的发展意义重大。而影响扫描式激光雷达性能的关键元器件就是扫描用的振镜。现有的振镜为往复振动平面反射镜，这种结构对电机精度要求极高，并且稳定性较差，由于振镜运动特点的限制，扫描场会存在一定的变形。


技术实现要素：

5.为了弥补现有技术的不足，本实用新型提供一种非连续圆柱式自动驾驶汽车激光雷达振镜及其旋转机构技术方案。
6.一种非连续圆柱式自动驾驶汽车激光雷达振镜，其特征在于，包括若干自上而下依次等间距设置的反射单元组，每个反射单元组包括m个均匀环布并围构成圆柱形镜面环的反射单元，m为大于1的自然数，设定一激光照射位置，设定反射单元位于激光照射位置时的法向向量为照射法向向量，振镜上所有反射单元中至少有四种方向不同的照射法向向量，使得振镜在工作状态接受激光器照射时，反射出的扫描点呈阵列排布。
7.进一步地，所述振镜上所有反射单元的照射法向向量方向均不同。
8.进一步地，所述振镜上的反射单元组等间距排布。
9.进一步地，所述振镜中所有反射单元的高度相同。
10.进一步地，所述振镜中所有反射单元紧密排布。
11.进一步地，所述振镜还包括支撑体，所述若干反射单元组设置于支撑体表面。
12.进一步地，所述反射单元包括反射平面镜。
13.与现有技术相比，本实用新型提供的一种非连续圆柱式自动驾驶汽车激光雷达振镜中每个反射单元都单独进行设计，这样就解决了传统振镜扫描变形的问题，同时，振镜的转动可以很方便的控制为匀速运动，振镜与激光器的相对运动可以很方便地控制为规则运动，这样能够有效地解决扫描点阵分布不均匀的问题，而且也使得振镜的驱动结构更加简单且可靠，极大的降低了整体的制造成本。
14.本实用新型还提供一种非连续圆柱式自动驾驶汽车激光雷达振镜旋转机构，包括如上所述的振镜及用以驱动振镜旋转的旋转驱动装置。
15.本实用新型提供的一种非连续圆柱式自动驾驶汽车激光雷达振镜旋转机构包含了上述的振镜，由于振镜的结构及其有益效果在上述文字中已经有所描述，因此不再赘述。
附图说明
16.图1为实施例1结构示意图；
17.图2为实施例1与激光器配合时的结构示意图；
18.图3为本实施例1中反射单元受激光照射时的光路示意图；
19.图4为实施例1使用时的激光扫描点阵示意图；
20.图5为实施例2结构示意图。
21.图中：1是反射单元；2是支撑体；3是激光器；4是旋转驱动装置；5是激光照射位置；n是反射单元组的圈数；m是单个反射单元组中反射单元的个数；r是入射激光方向；i是出射激光方向；n是照射法向向量。
具体实施方式
22.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“一端”、“另一端”、“外侧”、“上”、“内侧”、“水平”、“同轴”、“中央”、“端部”、“长度”、“外端”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
23.下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
24.实施例1
25.请参阅图1-4，一种非连续圆柱式自动驾驶汽车激光雷达振镜，包括若干自上而下依次等间距设置的反射单元组，相邻反射单元组的间距为h，每个反射单元组包括m个均匀环布并围构成圆柱形镜面环的反射单元1，m为大于1的自然数，设定一激光照射位置5，该激光照射位置5代表激光器4照射在振镜上的位置，本实施例能够通过旋转和与激光器3的相对上下移动使本实施例上每一个反射单元1都达到激光照射位置2，设定反射单元1位于激光照射位置5时的法向向量为照射法向向量，振镜上所有反射单元中至少有四种方向不同的照射法向向量，使得振镜在工作状态接受激光器3照射时，反射出的扫描点呈阵列排布。
26.进一步地，每当振镜旋转360
°
/m时，下一个反射单元1到达激光照射位置5。
27.其中，振镜先是与激光器3在竖直方向上保持相对静止，每当振镜旋转360
°
/m时，下一个反射单元1到达激光照射位置5，此时到达激光照射位置5的均是同一个反射单元组中的反射单元1，当振镜转过一圈，该反射单元组中所有的反射单元1均被激光器3照射过
后，振镜一边旋转360
°
/m，一边相对激光器3上移或下移h，这样激光器3便照射到下一反射单元组的反射单元1上，接着振镜相对激光器3在竖直方向上保持静止，振镜继续旋转360
°
使该反射单元组上的反射单元1均被激光器3照射，如此直至振镜上所有反射单元1都被照射到。当反射单元1的照射法向向量方向不同时，激光反射方向也不相同，这样扫描点的位置也不同，以此实现振镜的偏转效果。
28.作为优化：本实施例所有反射单元1的照射法向向量方向均不同。
29.可以理解，这样的设置使得本实施例所有反射单元1都对应一个扫描点，扫描效果更好。
30.继续参阅图1，本实施例中所有反射单元1的高度相同并且紧密排布，这样使得所述若干反射单元组上下等间距排布。
31.继续参阅图1，本实施例还包括圆柱形的支撑体2，所述若干反射单元组设置于支撑体2表面，使得所有反射单元1按照规则的矩形阵列布满支撑体2，本实施例中的反射单元1可以为一整块反射平面镜，其可以固定贴覆于支撑体2表面，此外也可以为一块带有载体的反射平面镜，载体的面积大于反射平面镜，通过载体固定贴覆于支撑体2表面。
32.如图2所示，本实施例上分布着按照一定规律排列的反射单元1，本实施例匀速旋转，激光器3也以一定的频率发射激光，同时激光器3与本实施例发生有规律的间歇性上下相对移动，可以是本实施例上下移动，激光器3静止，也可以是激光器3上下移动，本实施例在上下方向上不动，两者的相对移动与本实施例的转动相配合，当激光器3发射激光时，能够正好投射到对应的反射单元1上，激光器3照射完一个反射单元组后，本实施例就相对激光器3向上或向下移动一格，也就是移动h，使激光器3照射下一个反射单元组，这样本实施例上所有的反射单元1都能够被激光器3照射到，每个反射单元1都能够反射出一个扫描点，本实施例所有的反射单元1正好对应一个扫描矩阵。
33.反射单元1通过计算激光器3的位置和对应需要扫描的角度得到反射单元反射面的法向向量方向，支撑体2上的每个反射单元1都以这样的计算方法得到。
34.每个反射单元1的具体计算方法如下：
35.根据公式(1)计算得到反射单元的照射法向向量n，根据反射单元1的照射法向向量n得到反射单元1的反射面，
[0036][0037]
其中，向量i表示入射激光方向，向量r表示出射激光方向，向量i和向量r根据激光器位置，反射单元和扫描点的位置得到。
[0038]
进一步地，在设计本实施例时，根据公式(2)设计振镜的旋转角速度和激光器的发射频率，
[0039]
f＝mw/2π (2)
[0040]
其中，其中f为激光发射频率，w为振镜旋转的角速度。
[0041]
由于本实施例的振镜能够对每个反射单元1单独进行设计，相应的也就能够对反射单元1反射出的扫描点方向进行单独设计，通过设计使得这些扫描点投射到同一个平面上时等间距排布，避免变形。
[0042]
实施例2
[0043]
请参阅图5，一种非连续圆柱式自动驾驶汽车激光雷达振镜旋转机构，包括如上所述的振镜及用以驱动振镜旋转的旋转驱动装置4，其中旋转驱动装置4可以采用电机及其相应的传动结构。
[0044]
可以理解，旋转驱动装置4能够实现振镜的自转，使振镜上不同的反射单元1来到激光照射位置5接收激光照射。
[0045]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。