一種激光掃描測距裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種激光掃描測距裝置。旋轉平臺與固定平臺通過軸承相連，激光發(fā)射器與激光接收器各自軸線所在的平面與旋轉平臺的旋轉軸相垂直，激光發(fā)射器和激光接收器安裝在旋轉平臺并且與旋轉平臺一同旋轉。轉子安裝在旋轉平臺上，定子安裝在固定平臺上且位于轉子的下方，驅(qū)動發(fā)射電路板安裝在固定平臺上，接收電路板安裝在旋轉平臺上，內(nèi)外線圈位于接收電路板和驅(qū)動發(fā)射電路板之間的中空區(qū)域。相比于現(xiàn)有技術，本實用新型藉由定子和轉子之間的電磁感應使旋轉平臺轉動，且定子和轉子在平行于旋轉軸的方向呈上下分布，從而可縮減激光掃描測距裝置的橫向?qū)挾?，進而減小激光掃描測距裝置整體結構所占用的體積。
【專利說明】
一種激光掃描測距裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種機器人設計技術和激光掃描技術，尤其涉及一種激光掃描測距裝置。
【背景技術】
[0002]機器人(Robot)是自動執(zhí)行工作的機器裝置，它既可以接受人類指揮，又可以運行預先編排的程序，還可基于人工智能技術制定的原則綱領行動。一般來說，機器人的任務是協(xié)助或取代人類的工作，例如生產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)或者危險行業(yè)的工作。移動機器人是集環(huán)境感知、動態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多種功能于一體的綜合系統(tǒng)，可代替人到危險、惡劣或極端環(huán)境中執(zhí)行任務，完成偵察、巡邏、警戒、反恐、排爆、科學考察及采樣等，從而在諸如求援、科考、軍事等領域具有巨大的應用價值。
[0003]在現(xiàn)有的移動機器人應用中，出于行走安全方面的考慮，往往需要檢測移動機器人在行進路線前方的障礙物位置，提前預判并控制機器人采取必要的避讓或繞行措施，例如，在機器人本體上方安裝對應的激光掃描測距裝置。然而，現(xiàn)有的激光掃描測距裝置在傳送信號和傳遞電能時多半采用滑環(huán)，通過皮帶或齒輪嚙合的方式實現(xiàn)傳動，存在諸如設備體積大、壽命短、噪音大的缺點，極大地限制了裝置的應用場合。例如，對于專門的清掃型移動機器人來說，體積越小越好，若其高度較大則整機無法移動到諸如床底、沙發(fā)下方等角落進行清掃操作。又如，對于飛行的無人機來說，體積越小重量越輕，所需的動力越少，若其體積增加則對應的重量加大，消耗的動力相應增加導致續(xù)航能力大幅下降。此外，在現(xiàn)有的一些激光掃描測距儀中，整體結構采用可轉動的上部和不可轉動的下部構成，上部與下部通過軸承相連，利用上部旋轉來改變掃描測距儀的激光收發(fā)方向，然而當前結構的體積仍有進一步改進的空間，以便適應于多種不同的應用場合。
[0004]有鑒于此，如何設計一種激光掃描測距裝置，使其體積更加小巧，應用場合更加廣泛，提升其續(xù)航能力，從而解決現(xiàn)有技術的激光掃描測距裝置中的上述缺陷和不足，是業(yè)內(nèi)相關技術人員亟待解決的一項課題。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]針對現(xiàn)有技術中的激光掃描測距裝置所存在的上述缺陷，本實用新型提供一種結構小巧、外形結構緊湊的激光掃描測距裝置。
[0006]依據(jù)本實用新型的一個方面，提供一種激光掃描測距裝置，包括激光發(fā)射器、激光接收器、接收電路板、內(nèi)外線圈、旋轉平臺、定子、轉子、固定平臺、驅(qū)動發(fā)射電路板、軸承，
[0007]其中，旋轉平臺與固定平臺通過軸承相連，轉子安裝在旋轉平臺上，定子安裝在固定平臺上且位于轉子的下方，激光發(fā)射器與激光接收器各自軸線所在的平面與旋轉平臺的旋轉軸相垂直，激光發(fā)射器和激光接收器安裝在旋轉平臺并且與旋轉平臺一同旋轉，驅(qū)動發(fā)射電路板安裝在固定平臺上，接收電路板安裝在旋轉平臺上，內(nèi)外線圈位于接收電路板和驅(qū)動發(fā)射電路板之間的中空區(qū)域，
[0008]其中，定子和轉子在平行于所述旋轉軸的方向上呈上下分布，從而縮減所述激光掃描測距裝置的橫向?qū)挾取?br>[0009]在其中的一實施例，內(nèi)外線圈包括在垂直于所述旋轉軸的方向上內(nèi)外嵌套的內(nèi)線圈和外線圈。
[0010]在其中的一實施例，外線圈安裝于固定平臺且連接至驅(qū)動發(fā)射電路板，內(nèi)線圈安裝于旋轉平臺且連接至接收電路板。
[0011 ]在其中的一實施例，所述激光掃描測距裝置還包括外殼、編碼器和方齒，其中，方齒設置于外殼，編碼器安裝在接收電路板上，藉由方齒和編碼器記錄旋轉平臺的轉動位置和圈數(shù)。
[0012]在其中的一實施例，激光接收器還包括透鏡和感光元件，當激光發(fā)射器射出的光線到達障礙物后，在所述障礙物表面發(fā)生反射，反射回來的光線經(jīng)由透鏡會聚并被感光元件吸收。
[0013]在其中的一實施例，驅(qū)動發(fā)射電路板和接收電路板以光電轉換的方式進行信息傳輸。
[0014]在其中的一實施例，驅(qū)動發(fā)射電路板包括第一發(fā)光二極管和第一感應二極管，接收電路板包括第二發(fā)光二極管和第二感應二極管，其中，所述第一發(fā)光二極管和所述第二感應二極管形成第一無線傳輸路徑，以及所述第一感應二極管和所述第二發(fā)光二極管形成第二無線傳輸路徑，且所述第一無線傳輸路徑和所述第二無線傳輸路徑以同步方式實現(xiàn)全雙工數(shù)據(jù)傳輸。
[0015]在其中的一實施例，所述第一發(fā)光二極管具有一第一波長光譜，所述第二發(fā)光二極管具有一第二波長光譜，所述第一感應二極管感應所述第二波長光譜的光，所述第二感應二極管感應所述第一波長光譜的光，其中，所述第一波長光譜不同于所述第二波長光譜。
[0016]在其中的一實施例，旋轉平臺的轉速取決于外部輸入的PffM信號的占空比數(shù)值。
[0017]在其中的一實施例，激光發(fā)射器與激光接收器的夾角介于3°?5°之間。較佳地，激光發(fā)射器與激光接收器的夾角為4°。
[0018]采用本實用新型的激光掃描測距裝置，包括激光發(fā)射器、激光接收器、接收電路板、內(nèi)外線圈、旋轉平臺、定子、轉子、固定平臺、驅(qū)動發(fā)射電路板、軸承。旋轉平臺與固定平臺通過軸承相連，轉子安裝在旋轉平臺上，定子安裝在固定平臺上且位于轉子的下方，驅(qū)動發(fā)射電路板安裝在固定平臺上，接收電路板安裝在旋轉平臺上，內(nèi)外線圈位于接收電路板和驅(qū)動發(fā)射電路板之間的中空區(qū)域。相比于現(xiàn)有技術，本實用新型藉由定子和轉子之間的電磁感應使旋轉平臺轉動，且定子和轉子在平行于旋轉軸的方向呈上下分布，從而可縮減激光掃描測距裝置的橫向?qū)挾龋M而減小激光掃描測距裝置整體結構所占用的體積。此外，本實用新型的激光發(fā)射器與激光接收器之間采用很小的角度和較小的距離，不僅結構小巧、外形結構緊湊，克服了現(xiàn)有的皮帶或齒輪傳動所引起的噪音大、不環(huán)保、使用壽命短等諸多缺陷。
【附圖說明】

[0019]讀者在參照附圖閱讀了本實用新型的【具體實施方式】以后，將會更清楚地了解本實用新型的各個方面。其中，
[0020]圖1示出依據(jù)本實用新型一實施方式的激光掃描測距裝置的結構示意圖；
[0021]圖2示出圖1的激光掃描測距裝置中的定子與轉子的結構示意圖；
[0022]圖3示出圖1的激光掃描測距裝置中，用于無線供電的內(nèi)線圈和外線圈的輪廓示意圖；
[0023]圖4示出圖1的激光掃描測距裝置中，激光發(fā)射器與激光接收器之間發(fā)射和接收光線的光路示意圖；以及
[0024]圖5A至圖5C分別示出采用全雙工方式、半雙工方式和單工方式進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑硎疽鈭D。
【具體實施方式】
[0025]為了使本申請所揭示的技術內(nèi)容更加詳盡與完備，可參照附圖以及本實用新型的下述各種具體實施例，附圖中相同的標記代表相同或相似的組件。然而，本領域的普通技術人員應當理解，下文中所提供的實施例并非用來限制本實用新型所涵蓋的范圍。此外，附圖僅僅用于示意性地加以說明，并未依照其原尺寸進行繪制。
[0026]下面參照附圖，對本實用新型各個方面的【具體實施方式】作進一步的詳細描述。
[0027]圖1示出依據(jù)本實用新型一實施方式的激光掃描測距裝置的結構示意圖。圖2示出圖1的激光掃描測距裝置中的定子與轉子的結構示意圖。圖3示出圖1的激光掃描測距裝置中，用于無線供電的內(nèi)線圈和外線圈的輪廓示意圖。
[0028]如【背景技術】部分所述，在現(xiàn)有的一些激光掃描測距儀中，整體結構采用可轉動的上部和不可轉動的下部構成，上部與下部通過軸承相連，利用上部旋轉來改變掃描測距儀的激光收發(fā)方向。在傳送信號和傳遞電能時多半采用滑環(huán)，通過皮帶實現(xiàn)傳動，這將導致設備體積大、壽命短、噪音大的缺點，限制了應用場合。一般來說，激光掃描測距裝置的體積越小，重量越輕且所需的動力越少;反之，若體積增加則對應的重量加大，消耗的動力增加將導致續(xù)航能力大幅下降。
[0029]參照圖1，在該實施方式中，本實用新型的激光掃描測距裝置至少包括激光發(fā)射接收模塊1、接收電路板4、內(nèi)外線圈5、旋轉平臺6、定子7、轉子8、固定平臺9、驅(qū)動發(fā)射電路板10和軸承13。
[0030]具體地，激光發(fā)射接收模塊I包括激光發(fā)射器2和激光接收器3。激光發(fā)射器2與激光接收器3各自軸線所在的平面(諸如水平方向的平面)與旋轉平臺6的旋轉軸(諸如豎直方向)相垂直。激光發(fā)射器2和激光接收器3安裝在旋轉平臺6并且與旋轉平臺6—同旋轉。較佳地，旋轉平臺6的轉速取決于外部輸入的PWM信號的占空比數(shù)值。旋轉平臺6與固定平臺9通過軸承13相連。驅(qū)動發(fā)射電路板10安裝在固定平臺9上，接收電路板4安裝在旋轉平臺6上，內(nèi)外線圈5位于接收電路板4和驅(qū)動發(fā)射電路板1之間的中空區(qū)域。
[0031]需要指出的是，定子7和轉子8在平行于旋轉軸的方向上呈上下分布，從而縮減激光掃描測距裝置的橫向?qū)挾?。如圖2所示，轉子8安裝在旋轉平臺6上，定子7安裝在固定平臺9上且位于轉子8的下方。
[0032]在一具體實施例，如圖3所示，內(nèi)外線圈5包括在垂直于旋轉軸的方向上內(nèi)外嵌套的內(nèi)線圈16和外線圈17。其中，外線圈17安裝于固定平臺9且連接至驅(qū)動發(fā)射電路板10，內(nèi)線圈16安裝于旋轉平臺6且連接至接收電路板4。驅(qū)動發(fā)射電路板10向外線圈17上施加規(guī)律變化的交流電壓以產(chǎn)生交變感應電磁場，使得內(nèi)線圈16產(chǎn)生感應電動勢，從而藉由外線圈17和內(nèi)線圈16之間的感應電磁場實現(xiàn)無線供電。如圖3所示，內(nèi)線圈16和外線圈17為嵌套型的圓柱狀結構。由于驅(qū)動發(fā)射電路板10與接收電路板4之間采用無線供電方式，則位于旋轉平臺6上的激光發(fā)射器2和激光接收器3均通過無線方式獲得供電電源。
[0033]在一具體實施例，激光掃描測距裝置還包括外殼11、編碼器12和方齒14。其中，方齒14設置于外殼11，編碼器12安裝在接收電路板4上，藉由方齒14和編碼器12記錄旋轉平臺6的轉動位置和圈數(shù)。
[0034]圖4示出圖1的激光掃描測距裝置中，激光發(fā)射器與激光接收器之間發(fā)射和接收光線的光路不意圖。
[0035]參照圖4，激光發(fā)射器2與激光接收器之間的距離為d，激光發(fā)射器2與激光接收器3之間的夾角為β。在該實施例中，激光接收器3還包括透鏡18和感光元件19。當激光發(fā)射器2射出的光線到達障礙物后，在障礙物表面發(fā)生反射，反射回來的光線經(jīng)由透鏡18會聚并被感光元件19吸收。較佳地，激光發(fā)射器2與激光接收器3之間的夾角β為3°至5°。該夾角優(yōu)選為4°。在距離保持不變時，激光發(fā)射器2與激光接收器3之間的角度較大，激光發(fā)射器2射出的光線到達較近距離的障礙物;激光發(fā)射器2與激光接收器3之間的角度較小，激光發(fā)射器2射出的光線到達較遠距離的障礙物。
[0036]圖5Α至圖5C分別示出采用全雙工方式、半雙工方式和單工方式進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑硎疽鈭D。
[0037]如我們所熟知的，數(shù)據(jù)傳輸大致包括全雙工方式、半雙工方式和單工方式。以數(shù)據(jù)傳輸雙方A、B為例，其中，全雙工方式是指，在A對B發(fā)射數(shù)據(jù)的同時，可由B對A同步發(fā)射數(shù)據(jù)并且被A成功接收(如圖5Α所示)。半雙工則是A對B發(fā)射數(shù)據(jù)的時候，B只能接收數(shù)據(jù)而且不能發(fā)射數(shù)據(jù)(如圖5Β所示)。全雙工傳輸比半雙工快，因為不用等待。單工方式則是由A向B單方發(fā)送數(shù)據(jù)，或者由B向A單方發(fā)送數(shù)據(jù)(如圖5C所示)。
[0038]在本實用新型的信號傳輸過程中，驅(qū)動發(fā)射電路板10和接收電路板4以光電轉換的方式進行信息傳輸。較佳地，驅(qū)動發(fā)射電路板10包括第一發(fā)光二極管和第一感應二極管，接收電路板4包括第二發(fā)光二極管和第二感應二極管。其中，第一發(fā)光二極管和第二感應二極管形成第一無線傳輸路徑，第一感應二極管和第二發(fā)光二極管形成第二無線傳輸路徑，且第一無線傳輸路徑和第二無線傳輸路徑以同步方式實現(xiàn)全雙工數(shù)據(jù)傳輸。
[0039]在一具體實施例，第一發(fā)光二極管具有一第一波長光譜，第二發(fā)光二極管具有一第二波長光譜，第一感應二極管感應第二波長光譜的光，第二感應二極管感應第一波長光譜的光，其中第一波長光譜不同于第二波長光譜。
[0040]采用本實用新型的激光掃描測距裝置，包括激光發(fā)射器、激光接收器、接收電路板、內(nèi)外線圈、旋轉平臺、定子、轉子、固定平臺、驅(qū)動發(fā)射電路板、軸承。旋轉平臺與固定平臺通過軸承相連，轉子安裝在旋轉平臺上，定子安裝在固定平臺上且位于轉子的下方，驅(qū)動發(fā)射電路板安裝在固定平臺上，接收電路板安裝在旋轉平臺上，內(nèi)外線圈位于接收電路板和驅(qū)動發(fā)射電路板之間的中空區(qū)域。相比于現(xiàn)有技術，本實用新型藉由定子和轉子之間的電磁感應使旋轉平臺轉動，且定子和轉子在平行于旋轉軸的方向呈上下分布，從而可縮減激光掃描測距裝置的橫向?qū)挾?，進而減小激光掃描測距裝置整體結構所占用的體積。此外，本實用新型的激光發(fā)射器與激光接收器之間采用很小的角度和較小的距離，不僅結構小巧、外形結構緊湊，克服了現(xiàn)有的皮帶或齒輪傳動所引起的噪音大、不環(huán)保、使用壽命短等諸多缺陷。
[0041]上文中，參照附圖描述了本實用新型的【具體實施方式】。但是，本領域中的普通技術人員能夠理解，在不偏離本實用新型的精神和范圍的情況下，還可以對本新型的【具體實施方式】作各種變更和替換。這些變更和替換都落在本新型權利要求書所限定的范圍內(nèi)。
【主權項】
1.一種激光掃描測距裝置，其特征在于，所述激光掃描測距裝置包括激光發(fā)射器(2)、激光接收器(3)、接收電路板(4)、內(nèi)外線圈(5)、旋轉平臺(6)、定子(7)、轉子(8)、固定平臺(9)、驅(qū)動發(fā)射電路板(10)、軸承(13)， 其中，旋轉平臺(6)與固定平臺(9)通過軸承(13)相連，轉子(8)安裝在旋轉平臺(6)上，定子(7)安裝在固定平臺(9)上且位于轉子(8)的下方，激光發(fā)射器(2)與激光接收器(3)各自軸線所在的平面與旋轉平臺(6)的旋轉軸相垂直，激光發(fā)射器(2)和激光接收器(3)安裝在旋轉平臺(6)并且與旋轉平臺(6) —同旋轉，驅(qū)動發(fā)射電路板(10)安裝在固定平臺(9)上，接收電路板(4)安裝在旋轉平臺(6)上，內(nèi)外線圈(5)位于接收電路板(4)和驅(qū)動發(fā)射電路板(10)之間的中空區(qū)域， 其中，定子(7)和轉子(8)在平行于所述旋轉軸的方向上呈上下分布，從而縮減所述激光掃描測距裝置的橫向?qū)挾取?.根據(jù)權利要求1所述的激光掃描測距裝置，其特征在于，內(nèi)外線圈(5)包括在垂直于所述旋轉軸的方向上內(nèi)外嵌套的內(nèi)線圈(16)和外線圈(17)。3.根據(jù)權利要求2所述的激光掃描測距裝置，其特征在于，外線圈(17)安裝于固定平臺(9)且連接至驅(qū)動發(fā)射電路板(10)，內(nèi)線圈(16)安裝于旋轉平臺(6)且連接至接收電路板⑷。4.根據(jù)權利要求1所述的激光掃描測距裝置，其特征在于，所述激光掃描測距裝置還包括外殼(U)、編碼器(12)和方齒(14)，其中，方齒(14)設置于外殼(11)，編碼器(12)安裝在接收電路板(4)上，藉由方齒(14)和編碼器(12)記錄旋轉平臺(6)的轉動位置和圈數(shù)。5.根據(jù)權利要求1所述的激光掃描測距裝置，其特征在于，激光接收器(3)還包括透鏡(18)和感光元件(19)，當激光發(fā)射器(2)射出的光線到達障礙物后，在所述障礙物表面發(fā)生反射，反射回來的光線經(jīng)由透鏡(18)會聚并被感光元件(19)吸收。6.根據(jù)權利要求1所述的激光掃描測距裝置，其特征在于，驅(qū)動發(fā)射電路板(10)和接收電路板(4)以光電轉換的方式進行信息傳輸。7.根據(jù)權利要求6所述的激光掃描測距裝置，其特征在于，驅(qū)動發(fā)射電路板(10)包括第一發(fā)光二極管和第一感應二極管，接收電路板(4)包括第二發(fā)光二極管和第二感應二極管， 其中，所述第一發(fā)光二極管和所述第二感應二極管形成第一無線傳輸路徑，以及所述第一感應二極管和所述第二發(fā)光二極管形成第二無線傳輸路徑，且所述第一無線傳輸路徑和所述第二無線傳輸路徑以同步方式實現(xiàn)全雙工數(shù)據(jù)傳輸。8.根據(jù)權利要求7所述的激光掃描測距裝置，其特征在于，所述第一發(fā)光二極管具有一第一波長光譜，所述第二發(fā)光二極管具有一第二波長光譜，所述第一感應二極管感應所述第二波長光譜的光，所述第二感應二極管感應所述第一波長光譜的光，其中，所述第一波長光譜不同于所述第二波長光譜。9.根據(jù)權利要求1所述的激光掃描測距裝置，其特征在于，旋轉平臺(6)的轉速取決于外部輸入的PWM信號的占空比數(shù)值。10.根據(jù)權利要求1所述的激光掃描測距裝置，其特征在于，激光發(fā)射器(2)與激光接收器(3)的夾角介于3°?5°之間。11.根據(jù)權利要求10所述的激光掃描測距裝置，其特征在于，激光發(fā)射器(2)與激光接收器(3)的夾角為4°。
【文檔編號】G01S17/08GK205720667SQ201620459034
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年5月19日
【發(fā)明人】汪迎春, 徐磁, 張揚, 劉義春, 陳士凱, 林凌, 李宇翔, 黃玨珅
【申請人】上海思嵐科技有限公司