CN105865407A - 一种激光测距装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光测距装置，属于目标探测识别与信息传输领域，解决了现有技术中激光测距装置信息传递易出错和易受干扰的技术问题，本发明的激光测距装置，包括固定组件和安装有激光测距机芯的旋转组件，所述固定组件上连接有用于驱动所述旋转组件转动的驱动机构，所述固定组件包括设有第一信号接收模块的下电路板，所述旋转组件包括设有第一信号发射模块并与所述激光测距机芯电连接的上电路板，所述第一信号发射模块将所述上电路板上的数字信号转化为光信号并传输给所述第一信号接收模块，所述下电路板与所述上电路板之间连接有导电滑环，所述下电路板通过所述导电滑环为所述上电路板提供电力。
Description
【技术领域】
本发明涉及目标探测识别与信息传输领域，尤其涉及一种激光测距装置。
【背景技术】
激光测距可通过三角测距或TOF的方式测量某一物体到观测点的距离，目前广泛应用于移动机器人、雷达等的导航及避障。以移动机器人为例，由于移动机器人在移动过程中需要对障碍物和周围环境进行感知以确定自身位置和规划移动路线，因此一般需要安装多个测距装置来达到效果。激光测距具有无接触、精度高、测距距离大及速度快的优点。现有的激光测距装置一般采用两种方式实现固定组件和旋转组件之间电力和信息的传递，一种是采用滑环实现固定组件和旋转组件之间电力和信息的传递，由于信息传递对滑环的接触要求比较高，因此要求滑环的加工精度和装配精度要高，否则会导致信息传递错误。另一种方式是采用无线方式传输电力和信息，但是无线方式在传输电力时效率低下，且易受到和产生电磁干扰，因此大大降低了信息的传递效率。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足而提供一种激光测距装置，具有可靠性高、效率高和抗电磁干扰能力强的特点。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种激光测距装置，包括固定组件和安装有激光测距机芯的旋转组件，所述固定组件上连接有用于驱动所述旋转组件转动的驱动机构，所述固定组件包括设有第一信号接收模块的下电路板，所述旋转组件包括设有第一信号发射模块并与所述激光测距机芯电连接的上电路板，所述第一信号发射模块将所述上电路板上的数字信号转化为光信号并传输给所述第一信号接收模块，所述下电路板与所述上电路板之间连接有导电滑环，所述下电路板通过所述导电滑环为所述上电路板提供电力。
进一步的，所述下电路板上还设有第二信号发射模块，所述上电路板上还设有第二信号接收模块，所述第二信号发射模块将所述下电路板上的数字信号转化为光信号并传输给所述第二信号接收模块。
更进一步的，所述导电滑环包括外环和转动连接在所述外环内的内环，所述内环电连接在所述上电路板上，所述外环电连接在所述下电路板上。
进一步的，所述内环的轴线与所述旋转组件的旋转轴线重合，所述第一信号发射模块发射出的光信号和所述第二信号发射模块发射出的光信号穿过所述内环上的中心孔。
进一步的，所述驱动机构包括电机、皮带轮和皮带，所述电机的输出轴与所述皮带轮连接，所述旋转组件通过所述皮带连接在所述皮带轮上。
进一步的，所述驱动机构包括无刷电机，所述无刷电机的输出轴通过齿轮传动机构与所述旋转组件连接。
进一步的，所述旋转组件还包括码盘，所述固定组件还包括用于检测所述码盘转动状态的码盘传感器，所述码盘传感器与所述下电路板连接。
本发明的有益效果：
1、本发明的激光测距装置包括固定组件和安装有激光测距机芯的旋转组件，固定组件上连接有用于驱动旋转组件转动的驱动机构，固定组件包括设有第一信号接收模块的下电路板，旋转组件包括设有第一信号发射模块并与激光测距机芯电连接的上电路板，第一信号发射模块将上电路板上的数字信号转化为光信号并传输给第一信号接收模块，下电路板与所述上电路板之间连接有导电滑环，下电路板通过导电滑环为上电路板提供电力。本发明激光测距装置通过导电滑环实现下电路板为上电路板提供电力，通过第一信号发射模块和第一信号接收模块之间传输光信号实现激光测距机芯与下电路板之间的高速信息通信，相比现有技术中的无线传输，本发明中利用光信号传输信息具有较强的抗干扰能力，不易受到外界的干扰，因此传递的信息具有可靠性高和效率高的特点，同时其对外界的干扰也较小，不会影响其他装置的使用；此外，相比现有技术中单独依靠导电滑环同时传输电力和信息的方式，本发明中的激光测距装置的第一信号接收模块和第一信号接收模块之间采用光信号传递信息的准确性更高，不易发生错误，提升了用户体验，同时也降低了滑环的加工精度，由此降低了滑环的加工成本。
2、下电路板上还设有第二信号发射模块，上电路板上还设有第二信号接收模块，第二信号发射模块将下电路板上的数字信号转化为光信号并传输给第二信号接收模块。如此设计，用户通过下电路板将控制命令传输给上电路板，从而控制激光测距机芯测距范围，实现双向传输信息，达到人机交互。
3、内环的轴线与旋转组件的旋转轴线重合，第一信号发射模块发射出的光信号和第二信号发射模块发射出的光信号穿过内环上的中心孔。如此设计，可保证双向传输信息的实时通信。
4、驱动机构包括电机、皮带轮和皮带，电机的输出轴与皮带轮连接，旋转组件通过皮带连接在皮带轮上。如此设计，可进一步降低激光测距装置产生的噪音，提升用户体验。
5、驱动机构包括无刷电机，无刷电机的输出轴通过传动机构与旋转组件连接。如此设计，可简化激光测距装置的结构和体积。
6、旋转组件还包括码盘，固定组件还包括用于检测码盘转动状态的码盘传感器，码盘传感器与下电路板连接。如此设计，可满足用户读取旋转组件的转速、转向和转动角度等参数，并可控制调节旋转组件的转动参数，增大了激光测距装置的适用范围。
本发明的这些特点和优点将会在下面的具体实施方式、附图中详细的揭露。
【附图说明】
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
图1为本发明实施例一中激光测距装置的俯视图；
图2为本发明实施例一中激光测距装置的A-A纵向剖视图；
图3为本发明实施例一中激光测距装置的简化示意图I；
图4为本发明实施例一中激光测距装置的简化示意图II；
图5为本发明实施例一中码盘与码盘传感器的装配俯视图；
图6为本发明实施例一中码盘与码盘传感器的装配侧视图；
图7为本发明实施例二中激光测距装置的俯视图；
图8为本发明实施例二中激光测距装置的B-B纵向剖视图。
【具体实施方式】
下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了方便描述本发明和简化描述，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的限制。
实施例一、
如图1至3、5和6所示，本发明的激光测距装置包括固定组件和旋转组件，旋转组件旋转连接在固定组件上，固定组件上连接有驱动机构，驱动机构带动旋转组件转动。其中旋转组件包括激光测距机芯11、中间壳体10、码盘13和安装在激光测距机芯11底部的上电路板12，上电路板12与激光测距机芯11电连接，中间壳体10的上端与激光测距机芯11的下端固定连接，中间壳体10和码盘13通过法兰固定连接，轴承31的外圈通过螺丝固定在中间壳体10上。驱动机构包括电机51、皮带轮52和皮带53，电机51的输出轴与皮带轮52连接，中间壳体10的外侧设有皮带槽，皮带53套接在中间壳体10和皮带轮52上。电机51转动以带动皮带轮52转动，从而驱动旋转组件转动，本发明中采用皮带轮传动，可进一步降低激光测距装置产生的噪音，提升用户体验。
固定组件包括下壳体20、码盘传感器22和安装在下壳体20底部的下电路板21，下壳体20、中间壳体10和激光测距机芯11形成安装腔，码盘传感器22、码盘13、轴承31、法兰和上电路板12均位于安装腔内，码盘传感器22与下电路板21电连接并固定安装在下壳体20上，码盘13为环形且在周侧设有多个沟槽或条纹，以在码盘传感器22上产生可区分的光电信号，码盘传感器22将检测到的信号进行编码，计算得出码盘13的转动状态，如旋转角度、转速和转向等信息并传输给下电路板21，由于码盘13的转动状态与旋转组件的转动状态相同，因此可以通过码盘传感器22直接检测旋转组件的转动状态参数。轴承31的内圈固定在下壳体20上。
本发明的下电路板21与上电路板12之间还连接有导电滑环4，本发明中的导电滑环4为空心轴导电滑环，导电滑环4包括外环41和转动连接在外环41内部的内环42，内环42通过导线与上电路板12电连接，外环41通过法兰固定在下壳体20上并与下电路板21电连接，下电路板21与电源连接，由此下电路板21通过导电滑环4可为上电路板12提供电力；此外，内环42的上端设有一字型凹槽，中间壳体10上设有卡装在一字型凹槽内的凸起，中间壳体10转动时带动内环42转动，由于内环42可相对外环41转动，因此可防止内环42上的导线缠绕。
如图3所示，本发明的上电路板上12还设有第一信号发射模块，包括第一光发射器121，在下电路板21上设有第一信号接收模块，包括第一光接收器211，激光测距机芯11将测距结果以数字信号传输给上电路板12，上电路板12将数字信号传输给第一光发射器121，第一光发射器121将数字信号处理并换成对应的光信号，光信号被第一光接收器211接收并处理得到数字信号传输给下电路板21，下电路板21通过USB接口传输给用户的使用终端。为了保证在旋转组件旋转过程中，第一光接收器211始终能够接收到第一光发射器121发生的光信号，本发明中的第一光发射器121和第一光接收器211垂直设置在中心孔421的上方和下方，且导电滑环4的轴线与旋转组件的旋转轴线O重合，此时，在旋转组件转动过程中，第一光发射器121始终位于第一光接收器211的正上方，第一光发射器121发生的光信号穿过中心孔421后传送到第一光接收器211上，由此保证了激光测距机芯11实时向用户传递信息。
现有技术中的激光测距装置一般采用两种方式实现激光测距机芯和下电路板之间电力和信息的传递，一种是采用滑环传输电力和信息，由于信息传递对滑环的接触要求比较高，因此要求滑环的加工精度和装配精度要高，否则会导致信息传递错误。另一种方式是采用无线方式传输电力和信息，但是无线方式在传输电力时效率低下，且易受到和产生电磁干扰，因此大大降低了信息的传递效率。与现有技术相比，本发明中的激光测距装置中电力和信息传输是通过两个不同结构完成的，即下电路板21与上电路板12之间的电力传输通过导电滑环4实现，激光测距机芯11与下电路板21之间的信息传输通过第一信号发射模块和第一信号接收模块之间光信号传输实现，由此避免了单独依靠导电滑环或无线传输带来的问题。此外，由于光信号传输信息具有较强的抗干扰能力，不易受到外界的干扰，因此传递的信息具有可靠性高和效率高的特点，同时其对外界的干扰也较小，不会影响其他装置的使用；最后，相比其他通信方式，光信号传递信息的准确性更高，不易发生错误，由此提升了用户体验，同时也降低了导电滑环4的加工精度和加工成本。
为了实现人机交互和双向传输信息，即人员也可将控制命令传输给激光测距机芯11，以实现对激光测距机芯11的测距范围控制，本发明中的下电路板21上还设有第二信号发射模块，包括第二光发射器212，上电路板12上还设有第二信号接收模块，包括第二光接收器122，第二光发射器212和第二光接收器122垂直设置在中心孔421的上方和下方。用户读取码盘传感器22测得的旋转组件参数，并通过使用终端将控制命令依次传输给下电路板21和第二光发射器212，第二光发射器212将数字信号转化为光信号，并传输给第二光接收器122，第二光接收器122将光信号处理转化为数字信号传输给上电路板12，上电路板12控制激光测距机芯11测距起始位置，下电路板21控制电机51转动状态，以控制激光测距机芯11的转速、转动角度和转向，从而控制调节激光测距机芯11的测距范围和测距方式，例如360度旋转测距、180度旋转测距、90度旋转测距等。
如图4所示，当用户不需要激光测距机芯11与下电路板21之间实时通信时，导电滑环4的轴线与旋转轴线O不重合，当旋转组件转动时，只有当第一光发射器121和第二光接收器122转动至靠近或位于中心孔421的正上方时，激光测距机芯11与下电路板21之间才能实现双向传输信息。
实施例二、
如图7和8所示，本实施例与实施例一不同之处在于，本实施例中的驱动机构包括无刷电机54，无刷电机54具有工作效率高、低转速扭矩大和精度高的特点，无刷电机54的输出轴通过传动机构与旋转组件连接，传动机构可以是齿轮、法兰或联轴器等，无刷电机54位于安装腔内，如此设计，可大大减小了整个激光测距装置的体积，同时也简化了整个激光测距装置的结构。
本发明的激光测距装置主要应用在移动机器人和雷达上。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。
Claims (7)
1.一种激光测距装置，包括固定组件和安装有激光测距机芯的旋转组件，所述固定组件上连接有用于驱动所述旋转组件转动的驱动机构，其特征在于：所述固定组件包括设有第一信号接收模块的下电路板，所述旋转组件包括设有第一信号发射模块并与所述激光测距机芯电连接的上电路板，所述第一信号发射模块将所述上电路板上的数字信号转化为光信号并传输给所述第一信号接收模块，所述下电路板与所述上电路板之间连接有导电滑环，所述下电路板通过所述导电滑环为所述上电路板提供电力。
2.根据权利要求1所述的激光测距装置，其特征在于：所述下电路板上还设有第二信号发射模块，所述上电路板上还设有第二信号接收模块，所述第二信号发射模块将所述下电路板上的数字信号转化为光信号并传输给所述第二信号接收模块。
3.根据权利要求2所述的激光测距装置，其特征在于：所述导电滑环包括外环和转动连接在所述外环内的内环，所述内环电连接在所述上电路板上，所述外环电连接在所述下电路板上。
4.根据权利要求3所述的激光测距装置，其特征在于：所述内环的轴线与所述旋转组件的旋转轴线重合，所述第一信号发射模块发射出的光信号和所述第二信号发射模块发射出的光信号穿过所述内环上的中心孔。
5.根据权利要求1至4之一所述的激光测距装置，其特征在于：所述驱动机构包括电机、皮带轮和皮带，所述电机的输出轴与所述皮带轮连接，所述旋转组件通过所述皮带连接在所述皮带轮上。
6.根据权利要求1至4之一所述的激光测距装置，其特征在于：所述驱动机构包括无刷电机，所述无刷电机的输出轴通过传动机构与所述旋转组件连接。
7.根据权利要求1至4之一所述的激光测距装置，其特征在于：所述旋转组件还包括码盘，所述固定组件还包括用于检测所述码盘转动状态的码盘传感器，所述码盘传感器与所述下电路板连接。
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Denomination of invention: A laser ranging device Effective date of registration: 20210927 Granted publication date: 20191115 Pledgee: Bank of Jinhua Limited by Share Ltd. science and Technology Branch Pledgor: JINHUA LANHAI PHOTOELECTRICITY TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2021330001777 |
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Date of cancellation: 20220822 Granted publication date: 20191115 Pledgee: Bank of Jinhua Limited by Share Ltd. science and Technology Branch Pledgor: JINHUA LANHAI PHOTOELECTRICITY TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2021330001777 |
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Denomination of invention: A laser ranging device Effective date of registration: 20220829 Granted publication date: 20191115 Pledgee: Bank of Jinhua Limited by Share Ltd. science and Technology Branch Pledgor: JINHUA LANHAI PHOTOELECTRICITY TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2022980013768 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
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Date of cancellation: 20230821 Granted publication date: 20191115 Pledgee: Bank of Jinhua Limited by Share Ltd. science and Technology Branch Pledgor: JINHUA LANHAI PHOTOELECTRICITY TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2022980013768 |
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Denomination of invention: A Laser Ranging Device Effective date of registration: 20230824 Granted publication date: 20191115 Pledgee: Bank of Jinhua Limited by Share Ltd. science and Technology Branch Pledgor: JINHUA LANHAI PHOTOELECTRICITY TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2023980053586 |