一种用于无人机测距避障的激光雷达装置

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1.本发明涉及无人机雷达技术领域，具体为一种用于无人机测距避障的激光雷达装置。

背景技术：

2.近年来无人机市场飞速增长，避障技术作为增加无人机安全飞行的保障也随着技术的发展日新月异。无人机在飞行过程中，通过其传感器收集周边环境的信息，测量距离从而做出相对应的动作指令，从而达到避障的作用，无人机外置式的激光雷达，激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是向目标发射探测信号(激光束)，然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比，作适当处理，就可获得目标的有关信，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数。
3.由于激光雷达所普遍存在的平面扫描性，在应对野外特殊环境时，激光雷达的特性往往会导致无人机损毁，而现有技术中的角度变换通过电机驱动，雷达进行角度变换，并且角度变换的手段十分复杂，对于需要长时间飞行的无人机来说还需要人工设定或者实时操作，对于操作人员难度要求高，且耗费大量的时间，得不偿失。

技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种用于无人机测距避障的激光雷达装置以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于无人机测距避障的激光雷达装置，包括机体、扇叶和十字安装板，还包括安装架、配重箱、框架、调节组件、隔板、滑动槽、限位刮除组件和激光雷达，所述十字安装板设置在机体上的四个角，所述扇叶设置在十字安装板的底部，所述安装架设置在机体的底部，所述配重箱设置在安装架的一侧，所述框架设置在安装架的另一侧，所述安装架的内部设置有限位刮除组件，所述隔板设置在限位夹持组件的一侧，所述滑动槽开设在隔板上，所述滑动槽供限位刮除组件滑动，所述调节组件设置在隔板的另一侧，且调节组件用于自适应调节激光雷达的角度，所述激光雷达设置在调节组件的端部。
6.优选地，所述限位刮除组件包括限位刮板、电动推杆、u型板和清洗组件，所述u型板设置在隔离板的一侧，所述电动推杆设置在u型板的内侧中部，所述限位刮板设置在电动推杆的输出轴端部，且限位刮板位于滑动槽内滑动。
7.优选地，所述清洗组件包括清洗喷头、收集箱、输出管道、连接杆和箱盖，所述清洗喷头设置有若干，且若干所述清洗喷头设置在u型板的一侧底部，所述收集箱设置在框架顶部，所述箱盖滑动设置在收集箱的顶部，所述连接杆设置在电动推杆的输出轴上，所述箱盖的两侧分别与连接杆的两端固定连接，所述输出管道设置有两个，两个所述输出管道的一端设置在收集箱的底部，两个所述输出管道的另一端分别设置在限位刮板的一侧壁。
8.优选地，所述调节组件包括迎风板、保护罩、第一调节轴、第二调节轴、复位弹簧、l
型固定杆、定位板、定位弹簧、圆柱套筒、第三调节轴和支撑块，所述第一调节轴的一端球头固定在隔板上，所述迎风板设置在第一调节轴的另一端，所述第二调节轴固定设置在迎风板的另一侧，所述保护罩设置在第二调节轴的另一端，所述保护罩的一侧壁开设有摆动槽，所述定位板设置有保护罩内，所述保护罩上设置有定位圆槽，所述复位弹簧设置有四个，四个所述复位弹簧的一端固定设置在定位圆槽内侧壁，四个所述复位弹簧的另一端与第二调节轴的侧壁固定连接，所述第三调节轴的一端与第二调节轴的一端球头连接，所述支撑块滑动套设在第三调节轴的侧壁，所述定位弹簧设置有四个，四个所述定位弹簧的一端固定设置在支撑块的侧壁，四个所述定位弹簧的另一端固定设置在定位圆槽内侧壁，所述激光雷达固定设置在第三调节轴的另一端，所述l型固定杆固定设置在保护罩侧壁，所述圆柱套筒设置在两个l型固定杆之间。
9.优选地，所述圆柱套筒内设置有倒锥形凹槽。
10.优选地，两个所述输出管道上均套设有单向阀。
11.优选地，所述配重箱设置为空心结构。
12.优选地，所述限位刮板中部设置有限位槽。
13.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
14.(1)本发明通过机体在飞行时存在一定的风阻，使用迎风板将风阻的力收集，使得第一调节轴绕着球头朝向机体飞行的方向反向摆动，从而带动第二调节轴同步运动，第二调节轴运动带动第三调节轴绕着第二调节轴的球头进行反向摆动，从而使得第三调节轴的摆动方向与机体的飞行方向保持一致，而第三调节轴摆动带动激光雷达朝向机体飞行方向进行摆动，从而实现自适应的调节激光雷达的角度，并且通过第一调节轴、第二调节轴和第三调节轴的联动配合，避免了在转向的过程中激光雷达的扫描平面存在死角使得机体无法有效避障，大大提高了机体的避障效果，且无论机体朝向何种方向都可以实现激光雷的角度同步变换扫描，即使在户外一些复杂地形依旧可以很好的保证无人机的避障效果，大大提高了装置的实用性；
15.(2)本发明通过电动推杆输出轴伸出带动限位刮板同步运动，然后使得限位刮板将调节组件进行限位，从而对激光雷达进行角度限位，与此同时在电动推杆输出轴伸出时，同步的带动连接杆运动，连接杆带动箱盖在收集箱上滑动，实现了保证在遇到有风天气时激光雷达的避障效果，避免在直线飞行时激光雷达偏移晃动影响激光雷达对障碍物的探测效果，并且通过电动推杆、收集箱、箱盖和输出管道的配合可以在雨天可以对雨水进行收集，然后通过单向阀打开，雨水通过输送管道输送至清洗喷头处，可以对迎风板的表面进行冲洗，避免在户外飞行时一些垃圾掉落在迎风板上，影响其激光雷达的角度调节效果。
附图说明
16.图1为本发明的整体立体结构示意图；
17.图2为图1中a处放大图；
18.图3为本发明的限位刮除组件结构示意图；
19.图4为本发明的清理组件结构示意图；
20.图5为本发明的调节组件结构示意图。
21.图中：1、机体；2、扇叶；3、十字安装板；4、安装架；5、配重箱；6、框架；7、调节组件；
71、迎风板；72、保护罩；73、第一调节轴；74、第二调节轴；75、复位弹簧；76、l型固定杆；77、圆柱套筒；78、第三调节轴；79、支撑块；710、定位板；711、定位弹簧；8、限位刮除组件；81、限位刮板；82、电动推杆；83、u型板；9、清洗组件；91、清洗喷头；92、收集箱；93、输出管道；94、连接杆；95、箱盖；10、隔板；11、滑动槽；12、激光雷达；13、单向阀；14、限位槽。
具体实施方式
22.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做出创造性劳动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。
23.请参阅图1-5，本发明提供的一种实施例：一种用于无人机测距避障的激光雷达装置，包括机体1、扇叶2和十字安装板3，还包括安装架4、配重箱5、框架6、调节组件7、隔板10、滑动槽11、限位刮除组件8和激光雷达12，所述十字安装板3设置在机体1上的四个角，所述扇叶2设置在十字安装板3的底部，所述安装架4设置在机体1的底部，所述配重箱5设置在安装架4的一侧，所述框架6设置在安装架4的另一侧，所述安装架4的内部设置有限位刮除组件8，所述隔板10设置在限位夹持组件的一侧，所述滑动槽11开设在隔板10上，所述滑动槽11供限位刮除组件8滑动，所述调节组件7设置在隔板10的另一侧，且调节组件7用于自适应调节激光雷达12的角度，所述激光雷达12设置在调节组件7的端部。首先，无人机飞行的过程中，需要进行上下左右各个方向的运动，在变向时，通过飞行时的风的阻力带动调节组件7对激光雷达12进行同角度的调节，然而在实际直线朝前飞行时，为了防止户外突发天气变化，如大风下雨等，此时限位刮除组件8工作将对调节组件7进行限位，避免在直线飞行时激光雷达12偏移晃动影响激光雷达12对障碍物的探测效果。
24.具体的，所述限位刮除组件8包括限位刮板81、电动推杆82、u型板83和清洗组件9，所述u型板83设置在隔离板的一侧，所述电动推杆82设置在u型板83的内侧中部，所述限位刮板81设置在电动推杆82的输出轴端部，且限位刮板81位于滑动槽11内滑动。通过电动推杆82输出轴伸出带动限位刮板81同步运动，然后使得限位刮板81将调节组件7进行限位，从而对激光雷达12进行角度限位，保证其在遇到有风天气时激光雷达12的避障效果。
25.具体的，所述清洗组件9包括清洗喷头91、收集箱92、输出管道93、连接杆94和箱盖95，所述清洗喷头91设置有若干，且若干所述清洗喷头91设置在u型板83的一侧底部，所述收集箱92设置在框架6顶部，所述箱盖95滑动设置在收集箱92的顶部，所述连接杆94设置在电动推杆82的输出轴上，所述箱盖95的两侧分别与连接杆94的两端固定连接，所述输出管道93设置有两个，两个所述输出管道93的一端设置在收集箱92的底部，两个所述输出管道93的另一端分别设置在限位刮板81的一侧壁。通过收集箱92对雨水进行收集，然后通过输出管道93将雨水输出至清洗喷头91处，然后通过清洗喷头91进行清洗树叶等垃圾；保证调节组件7在户外使用时的角度精确以及表面的整洁。
26.具体的，所述调节组件7包括迎风板71、保护罩72、第一调节轴73、第二调节轴74、复位弹簧75、l型固定杆76、定位板710、定位弹簧711、圆柱套筒77、第三调节轴78和支撑块79，所述第一调节轴73的一端球头固定在隔板10上，所述迎风板71设置在第一调节轴73的另一端，所述第二调节轴74固定设置在迎风板71的另一侧，所述保护罩72设置在第二调节
轴74的另一端，所述保护罩72的一侧壁开设有摆动槽，所述定位板710设置有保护罩72内，所述保护罩72上设置有定位圆槽，所述复位弹簧75设置有四个，四个所述复位弹簧75的一端固定设置在定位圆槽内侧壁，四个所述复位弹簧75的另一端与第二调节轴74的侧壁固定连接，所述第三调节轴78的一端与第二调节轴74的一端球头连接，所述支撑块79滑动套设在第三调节轴78的侧壁，所述定位弹簧711设置有四个，四个所述定位弹簧711的一端固定设置在支撑块79的侧壁，四个所述定位弹簧711的另一端固定设置在定位圆槽内侧壁，所述激光雷达12固定设置在第三调节轴78的另一端，所述l型固定杆76固定设置在保护罩72侧壁，所述圆柱套筒77设置在两个l型固定杆76之间。通过机体1在飞行时存在一定的风阻，使用迎风板71将风阻的力收集，使得第一调节轴73绕着球头朝向机体1飞行的方向反向摆动，从而带动第二调节轴74同步运动，第二调节轴74运动带动第三调节轴78绕着第二调节轴74的球头进行反向摆动，从而使得第三调节轴78的摆动方向与机体1的飞行方向保持一致，而第三调节轴78摆动带动激光雷达12朝向机体1飞行方向进行摆动，从而实现自适应的调节激光雷达12的角度，并且通过第一调节轴73、第二调节轴74和第三调节轴78的联动配合，避免了在转向的过程中激光雷达12的扫描平面存在死角使得机体1无法有效避障，大大提高了机体1的避障效果，且无论机体1朝向何种方向都可以实现激光雷的角度同步变换扫描，即使在户外一些复杂地形依旧可以很好的保证无人机的避障效果，大大提高了装置的实用性。
27.具体的，所述圆柱套筒77内设置有倒锥形凹槽。适应第三调节轴78的摆动。
28.具体的，两个所述输出管道93上均套设有单向阀13。用于控制雨水的输出。
29.具体的，所述配重箱5设置为空心结构。
30.具体的，所述限位刮板81中部设置有限位槽14。
31.具体的激光雷达12的型号可以为quanergym8激光雷达12，该激光雷达具有较高的稳定性，较轻的重量和较小的体积，从而能够进一步提高激光雷达系统的稳定性，减轻激光雷达12装置整体的重量，减小激光雷达12装置整体的体积，通过无人机的机载电源为无人机的机身设备和激光雷达12系统提供电源，同时，激光雷达12系统的电源转换模块能够将机载电源转换为其它各模块的供电电压，以使其它各模块能够稳定运行；激光雷达12系统的同步信号产生模块能够向定姿定位模块、图像采集模块和激光测距模块发送同步信号，以使定姿定位模块、图像采集模块以及激光测距模块能够同时运行，以使数据处理模块能够结合激光测距模块、定姿定位模块和图像采集模块发送的信号，获得三维点云数据集，从而提高三维点云数据集的精度。
32.工作原理：首先，无人机飞行的过程中，需要进行上下左右各个方向的运动，在变向时，通过机体1在飞行时存在一定的风阻，使用迎风板71将风阻的力收集，使得第一调节轴73绕着球头朝向机体1飞行的方向反向摆动，从而带动第二调节轴74同步运动，第二调节轴74运动带动第三调节轴78绕着第二调节轴74的球头进行反向摆动，从而使得第三调节轴78的摆动方向与机体1的飞行方向保持一致，而第三调节轴78摆动带动激光雷达12朝向机体1飞行方向进行摆动，从而实现自适应的调节激光雷达12的角度，并且通过第一调节轴73、第二调节轴74和第三调节轴78的联动配合，避免了在转向的过程中激光雷达12的扫描平面存在死角使得机体1撞到障碍物，大大提高了机体1的避障效果，且无论机体1朝向何种方向都可以实现激光雷的角度同步变换扫描，大大提高了装置的实用性，即使在户外一些
复杂地形依旧可以很好的避免无人机损毁，然而在实际直线朝前飞行时，为了防止户外突发天气变化，如大风下雨等，此时通过电动推杆82输出轴伸出带动限位刮板81同步运动，然后使得限位刮板81将调节组件7进行限位，从而对激光雷达12进行角度限位，保证其在遇到有风天气时激光雷达12的避障效果，避免在直线飞行时激光雷达12偏移晃动影响激光雷达12对障碍物的探测效果，与此同时在电动推杆82输出轴伸出时，同步的带动连接杆94运动，连接杆94带动箱盖95在收集箱92上滑动，从而实现在雨天可以对雨水进行收集，然后通过单向阀13打开，雨水通过输送管道输送至清洗喷头91处，可以对迎风板71的表面进行冲洗，避免在户外一些垃圾掉落在迎风板71上，保证其激光雷达12的角度调节效果。
33.尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种用于无人机测距避障的激光雷达装置，包括机体(1)、扇叶(2)和十字安装板(3)，其特征在于：还包括安装架(4)、配重箱(5)、框架(6)、调节组件(7)、隔板(10)、滑动槽(11)、限位刮除组件(8)和激光雷达(12)，所述十字安装板(3)设置在机体(1)上的四个角，所述扇叶(2)设置在十字安装板(3)的底部，所述安装架(4)设置在机体(1)的底部，所述配重箱(5)设置在安装架(4)的一侧，所述框架(6)设置在安装架(4)的另一侧，所述安装架(4)的内部设置有限位刮除组件(8)，所述隔板(10)设置在限位夹持组件的一侧，所述滑动槽(11)开设在隔板(10)上，所述滑动槽(11)供限位刮除组件(8)滑动，所述调节组件(7)设置在隔板(10)的另一侧，且调节组件(7)用于自适应调节激光雷达(12)的角度，所述激光雷达(12)设置在调节组件(7)的端部。2.根据权利要求1所述的一种用于无人机测距避障的激光雷达装置，其特征在于：所述限位刮除组件(8)包括限位刮板(81)、电动推杆(82)、u型板(83)和清洗组件(9)，所述u型板(83)设置在隔离板的一侧，所述电动推杆(82)设置在u型板(83)的内侧中部，所述限位刮板(81)设置在电动推杆(82)的输出轴端部，且限位刮板(81)位于滑动槽(11)内滑动。3.根据权利要求2所述的一种用于无人机测距避障的激光雷达装置，其特征在于：所述清洗组件(9)包括清洗喷头(91)、收集箱(92)、输出管道(93)、连接杆(94)和箱盖(95)，所述清洗喷头(91)设置有若干，且若干所述清洗喷头(91)设置在u型板(83)的一侧底部，所述收集箱(92)设置在框架(6)顶部，所述箱盖(95)滑动设置在收集箱(92)的顶部，所述连接杆(94)设置在电动推杆(82)的输出轴上，所述箱盖(95)的两侧分别与连接杆(94)的两端固定连接，所述输出管道(93)设置有两个，两个所述输出管道(93)的一端设置在收集箱(92)的底部，两个所述输出管道(93)的另一端分别设置在限位刮板(81)的一侧壁。4.根据权利要求1所述的一种用于无人机测距避障的激光雷达装置，其特征在于：所述调节组件(7)包括迎风板(71)、保护罩(72)、第一调节轴(73)、第二调节轴(74)、复位弹簧(75)、l型固定杆(76)、定位板(710)、定位弹簧(711)、圆柱套筒(77)、第三调节轴(78)和支撑块(79)，所述第一调节轴(73)的一端球头固定在隔板(10)上，所述迎风板(71)设置在第一调节轴(73)的另一端，所述第二调节轴(74)固定设置在迎风板(71)的另一侧，所述保护罩(72)设置在第二调节轴(74)的另一端，所述保护罩(72)的一侧壁开设有摆动槽，所述定位板(710)设置有保护罩(72)内，所述保护罩(72)上设置有定位圆槽，所述复位弹簧(75)设置有四个，四个所述复位弹簧(75)的一端固定设置在定位圆槽内侧壁，四个所述复位弹簧(75)的另一端与第二调节轴(74)的侧壁固定连接，所述第三调节轴(78)的一端与第二调节轴(74)的一端球头连接，所述支撑块(79)滑动套设在第三调节轴(78)的侧壁，所述定位弹簧(711)设置有四个，四个所述定位弹簧(711)的一端固定设置在支撑块(79)的侧壁，四个所述定位弹簧(711)的另一端固定设置在定位圆槽内侧壁，所述激光雷达(12)固定设置在第三调节轴(78)的另一端，所述l型固定杆(76)固定设置在保护罩(72)侧壁，所述圆柱套筒(77)设置在两个l型固定杆(76)之间。5.根据权利要求4所述的一种用于无人机测距避障的激光雷达装置，其特征在于：所述圆柱套筒(77)内设置有倒锥形凹槽。6.根据权利要求3所述的一种用于无人机测距避障的激光雷达装置，其特征在于：两个所述输出管道(93)上均套设有单向阀(13)。7.根据权利要求1所述的一种用于无人机测距避障的激光雷达装置，其特征在于：所述
配重箱(5)设置为空心结构。8.根据权利要求3所述的一种用于无人机测距避障的激光雷达装置，其特征在于：所述限位刮板(81)中部设置有限位槽(14)。

技术总结

本发明公开了一种用于无人机测距避障的激光雷达装置，包括机体、扇叶和十字安装板，还包括安装架、配重箱、框架、调节组件、隔板、滑动槽、限位刮除组件和激光雷达。本发明通过机体在飞行时存在一定的风阻，使用迎风板将风阻的力收集，使得第一调节轴绕着球头朝向机体飞行的方向反向摆动，从而带动第二调节轴同步运动，第二调节轴运动带动第三调节轴绕着第二调节轴的球头进行反向摆动，从而使得第三调节轴的摆动方向与机体的飞行方向保持一致，从而实现自适应的调节激光雷达的角度，并且通过第一调节轴、第二调节轴和第三调节轴的配合，无论机体朝向何种方向都可以实现激光雷的角度同步变换扫描，即使在户外一些复杂地形依旧适用。用。用。