一种增量式光电感同步带伺服驱动装置
技术领域
本发明涉及机械传动与控制领域，尤其涉及一种增量式光电感同步带伺服驱动装置。
背景技术
三维扫描激光雷达以激光作为信号源，由激光器发射出的脉冲激光，打到树木、道路、桥梁和建筑物等物体上，引起散射，一部分散射光波会反射到激光雷达的接收器上，根据激光测距原理计算，就得到从激光雷达到目标点的距离，以雷达为原点，就可以得到目标的坐标数据，脉冲激光不断地扫描目标物，就可以得到目标物上全部目标点的数据，用此数据进行成像处理后，就可得到的三维立体图像。
现有的三维扫描激光雷达通常采用伺服电机同轴驱动，导致体积庞大、结构笨重和安装维护不便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种增量式光电感同步带伺服驱动装置，用以解决现有技术中装置体积庞大，结构笨重，安装维护不方便的问题。
本发明采用的技术是：一种增量式光电感同步带伺服驱动装置，包括支撑架、电机支架、伺服电机、一级减速机构、二级减速机构、传动机构和雷达机构；伺服电机安装于电机支架；一级减速机构设置于电机支架，电机支架设置于支撑架；一级减速机构的输入端与伺服电机连接；二级减速机构的两端分别与一级减速机构的输出端和传动机构连接；传动机构设置于支撑架、并与二级减速机构和雷达机构连接，用于将伺服电机提供的驱动力转换为雷达机构俯仰运动的动力。
作为方案的进一步优化，一级减速机构包括行星减速机。
作为方案的进一步优化，二级减速机构包括主动轮、同步带和从动轮；主动轮安装于一级减速机构的输出端，从动轮转动安装于支撑架并与传动机构连接；同步带套设于主动轮和从动轮外侧。
作为方案的进一步优化，传动机构包括第一支架、第一转轴、第二转轴、第二支架和两个轴承组件；第一支架连接于雷达机构的左侧壁，第一转轴的一端与第一支架连接，第一转轴的另一端通过一个轴承组件转动连接于支撑架；从动轮固定安装于第一转轴；第二支架连接于雷达机构的右侧壁，第二转轴的一端与第二支架连接，第二转轴的另一端通过另一个轴承组件转动连接于支撑架。
作为方案的进一步优化，雷达机构包括激光雷达、雷达罩和雷达盖；激光雷达设置于雷达罩内，雷达盖连接于雷达罩顶部；激光雷达的左端与贯穿雷达罩的左侧壁的第一支架连接；激光雷达的右端与贯穿雷达罩的右侧壁的第二支架连接。
作为方案的进一步优化，还包括角度测量机构；角度测量机构设置于支撑架，并与第二转轴连接，用于检测雷达机构的转动角度。
作为方案的进一步优化，角度测量机构包括外置编码器、旋转挡片、光电开关组件、编码器支架和防尘盖；编码器支架连接于支撑架，外置编码器连接于编码器支架的侧壁；防尘盖连接于编码器支架，且与编码器支架闭合；旋转挡片设置于编码器支架内，旋转挡片的一端与外置编码器连接，旋转挡片的另一端与第二转轴连接；光电开关组件设置于编码器支架，并穿过编码器支架与旋转挡片相适配。
作为方案的进一步优化，光电开关组件包括3个，同轴设置，且相邻两个光电开关组件之间的夹角为60°。
作为方案的进一步优化，还包括接口机构；接口机构包括接口板和接口板支撑座；接口板设置于接口板支撑座，接口板支撑座连接于支撑架；接口板与伺服电机、外置编码器和光电开关组件电连接。
作为方案的进一步优化，还包括外壳，外壳罩设于支撑架、一级减速机构机构、二级减速机构、传动机构、雷达机构、角度测量机构和接口机构的外部。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的增量式光电感同步带伺服驱动装置，设置有两级减速机构，同轴的一级减速机构进行第一次减速，非同轴设置的二级减速机构进行第二次减速，并改变力的方向。然后，通过传动机构将伺服电机的驱动力转变为雷达机构俯仰运动的动力。非同轴设置的二级减速机构使得装置结构更加紧凑，同时，使装置的减速范围更加宽泛，能够获得更大扭矩。
附图说明
图1为本发明实施例提供的增量式光电感同步带伺服驱动装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的增量式光电感同步带伺服驱动装置的另一视角的结构示意图；
图3为发明实施例提供的传动机构的一个视角的结构示意图；
图4为发明实施例提供的传动机构的另一视角的结构示意图；
图5为发明实施例提供的接口机构的结构示意图；
图6为发明实施例提供的编码机构的结构示意图；
图7为发明实施例提供的旋转挡片的结构示意图；
图8为发明实施例提供的外壳的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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发明创造和简化描述，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发明创造的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
本实施例提供了一种增量式光电感同步带伺服驱动装置，请一并参照说明书附图中图1至图8。
参照图1至图2所示，该装置包括支撑架1、电机支架211、伺服电机21、一级减速机构22、二级减速机构23、传动机构3和雷达机构4。伺服电机21安装于电机支架211。一级减速机构22设置于电机支架211，电机支架211设置于支撑架1。一级减速机构22的输入端与伺服电机21连接。二级减速机构23的两端分别与一级减速机构22的输出端和传动机构3连接。传动机构3设置于支撑架1、并与二级减速机构23和雷达机构4连接，用于将伺服电机21提供的驱动力转换为雷达机构4俯仰运动的动力。
本发明提供的增量式光电感同步带伺服驱动装置，设置有两级减速机构，同轴的一级减速机构22进行第一次减速，非同轴设置的二级减速机构23进行第二次减速，并改变力的方向。然后，通过传动机构3将伺服电机21的驱动力转变为雷达机构4俯仰运动的动力。非同轴设置的二级减速机构23使得装置结构更加紧凑，同时，使装置的减速范围更加宽泛，能够获得更大扭矩。
参照图1所示，一级减速机构22包括行星减速机。行星减速机重量轻、体积小、传动比范围大、效率高、运转平稳、噪声低适应性强，可作为一级减速机构。
继续参照图2所示，二级减速机构23包括主动轮231、同步带232和从动轮233。主动轮231安装于一级减速机构22的输出端，从动轮233转动安装于支撑架1并与传动机构3连接；同步带232套设于主动轮231和从动轮233外侧。
二级减速机构23的设置有两个目的，首先是进一步减速，增大输出转矩；其次是改变力的方向，使同轴传输的力转变为非同轴，以使装置的结构更加紧凑。
伺服电机21和一级减速机构22同轴连接，架设在支撑架1的顶部。主动轮231与一级减速机构22通过平键同轴连接，在确保较高的同轴度要求下，也能可靠传递大扭矩，为整个装置提供可靠动力。
进而，主动轮231通过同步带232与从动轮233连接，从动轮233与传动架构3连接。通过主动轮231、同步带232和从动轮233的配合，伺服电机21提供的原始驱动力，传送到位于支撑架1下方的传动机构3，再由传动架构3带动激光雷达41运动。这样使得激光雷达41不需要与伺服电机21以及一级减速机构22同轴设置，在位置上，可以上下设置。所以，整个装置的结构更加紧凑，体积更小。
利用同步带232的优点是：传动准确，工作时无滑动，传动比恒定，确保较高的传动效率与传递精度，同时，各个模块互换性好，产品维护方便，且激光雷达41在水平扫描视场可实现无遮挡扫描。
参照图3至图4所示，传动机构3包括第一支架31、第一转轴32、第二转轴33、第二支架34和两个轴承组件35。第一支架31连接于雷达机构4的左侧壁，第一转轴32的一端与第一支架31连接，第一转轴31的另一端通过一个轴承组件35转动连接于支撑架1；从动轮233固定安装于第一转轴32；第二支架34连接于雷达机构4的右侧壁，第二转轴33的一端与第二支架34连接，第二转轴33的另一端通过另一个轴承组件35转动连接于支撑架1。
传动机构3用于带动雷达机构4做俯仰运动。本实施例提供的支撑架1呈U型，支撑架1的两个侧壁分为位于雷达机构4的两个侧壁的外侧。两个轴承组件35分别连接在支撑架1的两个侧壁上。
第一支架31和第二支架32分别设置于雷达机构4的两侧。第一支架31与第一转轴32的一端连接，第一转轴32的另一端与一个轴承组件35过盈连接。从动轮233安装在第一转轴32上，并带动第一转轴32转动。进而，第一转轴32带动第一支架31转动，第一支架31带动雷达机构4转动。
第二支架34与第二转轴33的一端连接，第二转轴33的另一端与另一个轴承组件35过盈连接，且第二转轴33伸出另一个轴承组件35并与角度测量机构5连接。雷达机构4带动第二支架34转动，进而，第二支架34带动第二转轴33转动。
继续参照图3至图4所示，雷达机构4包括激光雷达41、雷达罩411和雷达盖412。激光雷达41设置于雷达罩411内，雷达盖412连接于雷达罩411顶部；激光雷达41的左端与贯穿雷达罩411的左侧壁的第一支架31连接；激光雷达41的右端与贯穿雷达罩411的右侧壁的第二支架34连接。
激光雷达41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）与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数。因此，激光雷达41在水平扫描视场需要实现无遮挡。
激光雷达41设置于雷达罩411内，雷达盖412连接于雷达罩411顶部。雷达罩411开设有窗口，以使激光雷达41能够发射和接收信号。激光雷达41的两侧分别连接第一支架31和第二支架34，第一支架31带动激光雷达41在水平方向上做俯仰运动，激光雷达41带动第二支架34运动，并通过第二转轴32将激光雷达41的运动信息传递给角度测量机构5。
参照图6至图7所示，该装置还包括角度测量机构5；角度测量机构5设置于支撑架1，并与第二转轴33连接，用于检测雷达机构4的转动角度。
激光雷达41一般依靠伺服电机21内置编码器对其进行运动控制。但由于本装置采用一级减速机构22进行一次减速后，再通过二级减速机构23进行二次减速，两者传动均存在背隙。当激光雷达41在做周期性往复扫描运动时，系统误差积累会越来越大，使零点位置产生漂移，从而导致装置扫描数据出现异常。因此仅依靠伺服电机21内置编码器对整个传动系统做精准运动控制显然是难以做到的，所以，该装置设置角度测量机构5，用于检测激光雷达41的转动角度，进而根据激光雷达41的转动角度控制伺服电机21，有效消除一级减速机构22和二级减速机构23传递到激光雷达41上的背隙误差。
参照图7所示，角度测量机构5包括外置编码器51、旋转挡片52、光电开关组件53、编码器支架511和防尘盖521。编码器支架511连接于支撑架1，外置编码器51连接于编码器支架511的侧壁；防尘盖521连接于编码器支架511，且与编码器支架511闭合；旋转挡片52设置于编码器支架511内，旋转挡片52的一端与外置编码器51连接，旋转挡片52的另一端与第二转轴33连接；光电开关组件53设置于编码器支架511，并穿过编码器支架511与旋转挡片52相适配。光电开关组件53包括3个，同轴设置，且相邻两个光电开关组件53之间的夹角为60°。
第二转轴32受激光雷达41的带动而转动，第二转轴32与旋转挡片52的一端连接，并带动旋转挡片52旋转。光电开关组件53包括3个，3个光电开关组件53分别对应激光雷达41的零位、高限位和低限位。旋转挡片52旋转过程中，会遮挡不同的光电开关组件53，光电开关组件53通过感应旋转挡片52的不同位置，采集对应的零位、高限位和低限位的信号，并传递给控制单元。控制单元接收到高限位或低限位信号时，会给伺服电机21发出指令，使其朝相反方向运动，避免因机械碰撞而停机。
第二转轴32与激光雷达41连接，旋转挡片52的一端与第二转轴32连接，旋转挡片52的另一端与外置编码器51连接，因此，外置编码器51能够同步检测激光雷达41的转动角度，进而根据激光雷达41的转动角度控制伺服电机21。
设置的防尘盖521，将光电开关组件53封装起来，既可以防尘，也可以避免环境干扰光线对光电开关组件53的影响。
参照图5所示，该装置还包括接口机构6，接口机构6包括接口板61和接口板支撑座611。接口板61设置于接口板支撑座611，接口板支撑座611连接于支撑架1；接口板61与伺服电机21、外置编码器51和光电开关组件53电连接。
接口机构6是装置的电力和信号的传输中心，接口板61与伺服电机21、外置编码器51和光电开关组件53通过电缆连接。接收并传递外置编码器51和光电开关组件53的信号，且接口板61外接控制单元，对伺服电机21进行运动控制。
参照图8所示，该装置还包括外壳7。外壳7罩设于支撑架1、一级减速机构22、二级减速机构23、传动机构3、雷达机构4、角度测量机构5和接口机构6的外部。
在装置不工作的时候，可以将外壳7罩设于装置外部，防尘，易于贮存。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
