单线全向激光雷达系统关键技术研究

• 作 者: 罗忠军
• 出 处: 深圳大学
• 发表日期: 2019年01期
• 关键词: 激光雷达 TOF 光通信 无线供电

随着社会和科技不断进步,室内服务机器人逐渐受到人们的青睐。单线全向激光雷达作为其实现环境感知的重要传感器,已成为机器人领域的研究热点。而传统基于三角测距原理的激光雷达存在测距范围小、抗干扰性差、使用寿命短、扫描速度慢、体积大等问题。针对上述问题,本文在详细剖析传统单线全向激光雷达系统组成和关键技术的基础上,给出了一种对激光雷达的测距技术、数据传输、能量传输和旋转扫描进行改进的工程系统设计。首先,本文对比现有激光测距技术特点及应用场景,选择间接式光飞行时间(Time-of-Flight,TOF)测距技术,通过获取发射激光和反射激光的相位差来提高测距的抗干扰性和增加测距范围。其次,使用短距离的红外光通信和自激振荡式拓扑的电磁感应式无线供电来替代滑环,完成数据传输和能量传输,增加雷达的使用寿命。分析了数据传输过程中信号转换关系,设计并优化了红外光通信原型电路,保证数据传输的低误码率。对无线供电电路的分立和集成方案做了对比分析,对选用的分立方案电路做了优化设计,提高了输入电压适用能力。然后,使用专有电机驱动芯片驱动的中空式三相无刷直流电机来取代现有有刷电机,在减小系统体积的同时,提高雷达扫描的速度和稳定性。根据上述改进方案,结合系统设计指标,完成单线全向激光雷达系统硬件平台的搭建并对T OF测距子系统进行非线性拟合。最后,对设计的光通信电路、无线供电电路、TOF测距子系统和雷达系统进行了测试与分析。测试结果表明,设计的电路功能满足单线全向激光雷达系统所需,以此为基础改进的雷达也能满足室内服务机器人的基本需求。