CN102043153B - 距离测量装置 - Google Patents

Abstract

一种距离测量装置，包括：距离感应单元，用以感测目标物的距离值；驱动单元，用以驱动距离感应单元依据转动角度转动；及补偿单元，依据转动角度提供补偿值，并依据补偿值与距离值取得实际距离。

Description

距离测量装置

技术领域

本发明是一种测量装置，特别是一种距离测量装置。

背景技术

随着电子技术的发展，激光测距法已广泛地应用于距离测量，例如将激光测距仪应用在建筑、交通、地形勘测与室内装潢等方面。激光测距仪配备有激光束发射器用以对目标物发出一条激光束，再由激光接收器接收由该目标物反射回来的信号，借由其间光波往返所用时间来换算距离。

请参阅图1所示，为一种传统二维激光测距仪A1，其主要可由激光束发射器A11及旋转机构A12所组成，借由旋转机构A12将激光束发射器A11所发射的激光束增加一个水平方向的来回扫描角度，可用在机器人上面作为障碍物的感知以及环境的辨认等功用。再者，若除了水平方向外，增加垂直方向的来回扫描角度，即成为三维的激光测距仪，其感测的范围也变成立体的。相比二维的激光只有扫描平面的范围，三维激光可扫描立体的空间，比方椅子桌子等不同高度有不同深度的物体都可被检测到。

由于市面上的三维激光测距仪价格非常昂贵，往往比扫描平面的二维激光测距仪高出十倍的价格，使得三维激光测距仪无法普遍被应用各领域。因此，如何简化三维激光测距仪的结构，借以解决传统三维激光测距仪成本过高的问题，使其可广泛地应用机器人的环境辨认与环境建置、障碍物检测、定位等领域，是一个刻不容缓的待解决课题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种距离测量装置，包括：距离感应单元，用以感测目标物的距离值；驱动单元，用以驱动距离感应单元依据转动角度转动；及补偿单元，依据转动角度提供补偿值，并依据补偿值与距离值取得实际距离。

基此，本发明还包括：旋转单元，用以带动距离感应单元旋转；其中，驱动单元的转动方向实质上可垂直于旋转单元的旋转方向。

此外，本发明的驱动单元优选地可包括：座体，用以设置距离感应单元；齿轮，位于座体侧边；齿条，啮合于齿轮；及凸轮，经由旋转而带动齿条进行往复位移，并由齿条带动齿轮转动而驱动座体转动。

本发明的功效在于：以成本低廉的往复式机构带动距离感应单元移动，增加其一个维度，例如原本一维的距离感应单元借由往复式机构而达到二维距离感应单元的测量效果，或可将原本二维的距离感应单元借由往复式机构而达到三维距离感应单元的测量效果。由于本发明可解决传统三维激光测距仪成本过高的问题，因而可广泛应用于机器人的环境辨认与环境建置、障碍物检测、定位等领域。

以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所公开的内容，任何本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。

附图说明

图1为传统二维激光测距仪的外观示意图。

图2为本发明的外观示意图。

图3为本发明的动作示意图(一)。

图4为本发明的动作示意图(二)。

图5为本发明的动作示意图(三)。

主要元件符号说明

1..............距离测量装置

10..............距离感应单元

11..............发射器

12..............接收器

20..............旋转单元

30..............驱动单元

31..............座体

32..............齿轮

33..............齿条

34..............凸轮

40..............补偿单元

具体实施方式

请参阅图2所示，其显示本发明的距离测量装置。

本发明的距离测量装置1，包括：距离感应单元10、驱动单元30、补偿单元40。

距离感应单元10，用以感测目标物(图未示)的距离值，其中，距离感应单元10主要可由发射器11与接收器12所组成，发射器11用以发出距离测量信号，接收器12用以接收经由目标物反射的距离测量信号，借由其间距离测量信号往返所用时间感测距离感应单元10与目标物的距离值。在本实施例中，发射器11优选地可为具有激光二极管的激光发射器，用以发射激光作为距离测量信号，但本发明非以此为限，发射器11或可为红外线发射器，用以发射红外线作为距离测量信号，或是发射器11可为超声波发射器，用以发射超声波作为距离测量信号，或是以其他光波或声波进行距离测量。

驱动单元30，用以驱动距离感应单元10依据转动角度转动，在此，驱动单元30可为往复式机构，其优选地可由座体31、齿轮32、齿条33及凸轮34所组成，其中，座体31用以设置距离感应单元10，并在座体31设置齿轮32使座体31可随齿轮32转动，而齿轮32啮合于齿条33，且齿条33的一端连接凸轮34，因此凸轮34旋转时，可带动齿条33进行往复位移，并由齿条33带动齿轮32转动而驱动座体31转动。只是前述关于驱动单元30的结构仅为举例，本发明并非以此为限，驱动单元30或可为电机、多连杆往复式机构或其他往复式机构，借以带动距离感应单元10在转动角度内反复转动。

补偿单元40，在驱动单元30驱动距离感应单元10转动时拾取当时的转动角度，以依据转动角度提供补偿值，并依据补偿值与距离感应单元10所感测的距离值取得实际距离。在此，补偿单元40优选地可为编码器，但本发明非以此为限。

在本实施例中，本发明以二维距离测量装置为例，因此本发明还可包括：旋转单元20，设置在座体31上，用以带动距离感应单元10依据旋转角度旋转。在此，旋转单元20的旋转方向实质上垂直于驱动单元30转动的方向，例如驱动单元30驱动距离感应单元10在X-Y平面上转动，旋转单元20带动距离感应单元10在X-Z平面(或可于Y-Z平面)上旋转，但本发明并非以此为限。再者，补偿单元40可在旋转单元20带动距离感应单元10旋转时拾取当时的旋转角度，以依据旋转角度提供补偿值。

请参阅图3、图4及图5所示，当驱动单元30的凸轮34转动时，带动齿条33前进、后退两方向的往复位移，当齿条33前进时，齿轮32顺时针转动带动座体31向上转动，使得距离感应单元10向上转动；当齿条33后退时，齿轮32逆时针转动带动座体31向下转动，使得距离感应单元10向下转动，且距离感应单元10在转动过程中持续以发射器11发出距离测量信号，并以接收器12接收经由目标物反射的距离测量信号。在驱动单元30驱动距离感应单元10转动时，旋转单元20同时带动距离感应单元10在旋转角度内反复旋转。补偿单元40可在驱动单元30驱动距离感应单元10转动时拾取当时的转动角度，同时在旋转单元20带动距离感应单元10旋转时拾取当时的旋转角度，依据转动角度与旋转角度提供补偿值，再依据补偿值与距离感应单元10所感测的距离值取得实际距离。在此，补偿单元40拾取当时的转动角度与旋转角度后，可进行空间座标的转换以取得目标物的空间座标，并将目标物的空间座标与距离感应单元10的座标连结，借以取得目标物与距离感应单元10的相对位置而计算出实际距离，因此可修正往复式机构的简谐运动所造成转动变速度以及旋转轴位置不在中心位置所造成的误差，得到类似三围激光测距仪的效果。

本发明以往复式机构带动距离感应单元移动而增加其一个维度，例如原本一维的距离感应单元借由往复式机构而达到二维距离感应单元的测量效果，或可将原本二维的距离感应单元借由往复式机构而达到三维距离感应单元的测量效果，再者，本发明亦可将两组往复式机构应用到一维的距离感应单元，使其增加两个维度而达到三维距离感应单元的测量效果。本发明以成本低廉的往复式机构增加距离感应单元的测量维度，配合后端补偿单元拾取转角修正往复式机构造成的简谐运动，可解决传统三维激光测距仪成本过高的问题，借此可广泛应用于机器人的环境辨认与环境建置、障碍物检测、定位等领域。

虽然本发明的技术内容已经以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所作的些许更动与润饰，均应涵盖在本发明的范畴内，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种距离测量装置，包括：

一距离感应单元，用以感测一目标物的一距离值；

一驱动单元，用以驱动该距离感应单元依据一转动角度转动，该驱动单元包括：

一座体，用以设置该距离感应单元；

一齿轮，位于该座体侧边；

一齿条，啮合于该齿轮；及

一凸轮，经由旋转而带动该齿条进行往复位移，并由该齿条带动该齿轮转动而驱动该座体转动；及

一补偿单元，依据该转动角度提供一补偿值，并依据该补偿值与该距离值取得一实际距离。

2.根据权利要求1所述的距离测量装置，还包括：一旋转单元，用以带动该距离感应单元依据一旋转角度旋转。

3.根据权利要求2所述的距离测量装置，其中该驱动单元的转动方向实质上垂直于该旋转单元的旋转方向。

4.根据权利要求2所述的距离测量装置，其中该补偿单元依据该旋转角度提供该补偿值。

5.根据权利要求1所述的距离测量装置，其中该距离感应单元包括一发射器与一接收器，该发射器用以发出一距离测量信号，该接收器用以接收经由该目标物反射的该距离测量信号。

6.根据权利要求5所述的距离测量装置，其中该发射器为一激光发射器。

7.根据权利要求5所述的距离测量装置，其中该发射器为一红外线发射器。

8.根据权利要求5所述的距离测量装置，其中该发射器为一超声波发射器。

9.根据权利要求1所述的距离测量装置，其中该补偿单元为一多连杆往复式机构。

10.根据权利要求1所述的距离测量装置，其中该补偿单元为一编码器。

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