CN108363071A - 一种激光雷达装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光雷达装置，包括激光雷达结构和旋转结构，所述激光雷达结构包括多个激光扫描组件，所述激光扫描组件包括安装于所述旋转结构上的多个激光器，每个激光器分别发射的激光相对于所述旋转结构的旋转轴线成一个出射角度，多个所述激光器围绕所述旋转结构的旋转轴线按规则分布，多个所述激光器相对所述旋转轴线的出射角度依次呈梯度增大，通过所述旋转结构的旋转，带动多个所述激光器旋转以扫描多个旋转角度的区域。本发明安装结构简单，易于实现，成本低廉，便于推广。

Description

一种激光雷达装置

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，具体涉及一种激光雷达装置。

背景技术

先进驾驶辅助系统（Advanced Driver Assistant System），简称ADAS，是利用安装于车上的各种传感器，在第一时间收集车内外的环境数据，进行静、动态物体的辨识、侦测与追踪等技术上的处理，从而能够让驾驶者在最快的时间察觉可能发生的危险，以引起注意和提高安全性的主动安全技术。ADAS采用的传感器主要有摄像头、雷达、激光和超声波等，可以探测光、热、压力或其它用于监测汽车状态的变量，通常位于车辆的前后保险杠、侧视镜、驾驶杆内部或者挡风玻璃上。

早期的ADAS 技术主要以被动式报警为主，当车辆检测到潜在危险时，会发出警报提醒驾车者注意异常的车辆或道路情况，现在主动式干预也很常见。

随着无人驾驶技术的发展和完善，激光雷达在驾驶辅助系统的应用越来越广泛，但现有的激光扫描雷达一般制造成本高，结构较为复杂，有些则是体积和质量都较大，不利于在激光雷达在驾驶辅助系统、无人驾驶系统及移动机器人、无人驾驶飞机避障与导航领域的应用。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种结构简单、快速高效、体积较小的激光雷达装置。

一种激光雷达装置，其包括激光雷达结构和旋转结构，所述激光雷达结构包括多个激光扫描组件，所述激光扫描组件包括安装于所述旋转结构上的多个激光器，每个激光器分别发射的激光相对于所述旋转结构的旋转轴线成一个出射角度，多个所述激光器围绕所述旋转结构的旋转轴线按规则分布，多个所述激光器相对所述旋转轴线的出射角度依次呈梯度增大，通过所述旋转结构的旋转，带动多个所述激光器旋转以扫描多个旋转角度的区域。

进一步地，所述多个激光器包括第一激光器、第二激光器和第三激光器，所述第一激光器的出射角度为β1，所述第一激光器的扫描覆盖范围为3~10°；所述第二激光器的出射角度为β2，所述第二激光器的扫描覆盖范围为30~90°；所述第三激光器的出射角度为β3，所述第三激光器的扫描覆盖范围为45~160°。

进一步地，所述激光雷达装置还包括机座，所述机座内设有控制组件，所述控制组件包括主控单元和计算单元，所述计算单元与所述主控单元相连，用于计算接收到所述激光由物体反馈信号的时间、距离和角度

进一步地，所述激光雷达装置还包括编码盘，所述编码盘无线连接至所述计算单元，所述编码盘为无源编码盘，所述编码盘与所述激光雷达结构同轴转动，用于在所述激光扫描组件旋转时监测所述激光器的位置。。

进一步地，所述第一激光器的计算结果中的所述距离计算值小于等于200米的为有效数据；所述第二激光器的计算结果中的所述距离计算值小于等于75米的为有效数据；所述第三激光器的计算结果中的所述距离计算值小于等于30米的为有效数据。

进一步地，所述旋转结构设于所述机座内，所述旋转结构包括电机驱动单元和转速控制单元，所述激光雷达结构通过一个安装组件与所述电机驱动单元连接，所述安装组件与所述电机驱动单元之间设有旋转轴，所述电机驱动单元在所述转速控制单元的控制下，对所述安装组件的旋转的启动、停止以及旋转速度进行控制。

进一步地，所述电机驱动单元连接至所述主控单元，所述主控单元通过所述电机驱动单元控制所述安装组件旋转，以进行旋转扫描。

进一步地，所述激光雷达结构和所述安装组件在所述旋转轴的带动下旋转，所述多个激光器对应地沿多个同心圆同步旋转。

进一步地，所述激光雷达装置还包括光电传感器，所述光电传感器固定设置并与无源编码器位置对应，用于感测旋转过程中无源编码器反馈的光信号，以监测到各激光器的旋转角度方位。

进一步地，所述安装组件包括一个连接于所述旋转轴的安装板，多个所述激光器角度可调节地安装于所述安装板上。

上述激光雷达装置中，每个所述激光器与旋转轴线呈不同的夹角，所述多个激光器发射的激光信号的覆盖范围广，所述多个激光器在所述马达驱动单元的控制下旋转，使所述激光信号扫描的范围呈圆形，不留监控死角。同时根据实际需要，针对不同角度的监测范围，监测的距离不同，提高了所述激光器的监测效率，能快速高效地进行监测，降低了所述激光雷达装置的成本，而且所述激光雷达装置体积小巧，便于安装。本发明的安装结构简单，体积小巧，成本低廉，便于推广。

附图说明

图1是本发明实施例激光雷达装置的立体结构示意图。

图2是本发明实施例激光雷达装置的俯视图。

图3是沿图2中的A-A线的剖视结构示意图。

具体实施方式

本实施例以激光雷达装置为例，以下将结合具体实施例和附图对本发明进行详细说明。

请参阅图1和图2，示出一种激光雷达装置100，包括激光雷达结构10和旋转结构22，所述激光雷达结构10包括安装于所述旋转结构22上的多个激光扫描组件11，所述激光扫描组件11包括多个激光器，每个激光器分别发射的激光相对于所述旋转结构22的旋转轴222线成一个出射角度，多个所述激光器围绕所述旋转结构22的旋转轴线按规则分布，多个所述激光器相对所述旋转轴线的出射角度依次呈梯度增大，通过所述旋转结构22的旋转，带动多个所述激光器旋转以扫描多个旋转角度的区域。

具体地，每个所述激光器包括激光发射单元和激光接收单元，所述激光发射单元用于对外发射激光信号，所述激光信号在遇到障碍物时发生反射，形成反射激光信号，所述激光接收单元用于接收所述激光发射单元反射的遇到障碍物后被反射的激光信号。

如图1和2所示，多个激光器包括第一激光器111、第二激光器112和第三激光器113，所述第一激光器111的出射角度为β1，所述第一激光器111的扫描覆盖范围为3~10°；所述第二激光器112的出射角度为β2，所述第二激光器112的扫描覆盖范围为30~90°；所述第三激光器113的出射角度为β3，所述第三激光器113的扫描覆盖范围为45~160°。在本实施例中，三个所述激光器的累积覆盖范围为0~45°。

进一步地，激光雷达装置100还包括机座20，所述机座20底部设有PCB电路板21，所述PCB电路板21上设有控制组件，所述控制组件包括主控单元和计算单元，所述计算单元与所述主控单元相连，用于计算接收到所述激光由物体反馈信号的时间、距离和角度。

所述机座20内还设有所述旋转结构22，所述旋转结构22包括电机驱动单元221和转速控制单元，电机驱动单元221包括电机，所述激光雷达结构10通过一个安装组件与所述电机驱动单元221连接，所述安装组件与所述电机驱动单元221之间设有旋转轴222，所述电机驱动单元221在所述转速控制单元的控制下，对所述激光雷达结构10旋转的启动、停止以及旋转速度进行控制。

所述电机驱动单元221连接至所述主控单元，所述主控单元通过所述电机驱动单元221控制所述安装组件旋转，以进行旋转扫描，所述安装组件包括一个连接于所述旋转轴222的安装板12，多个所述激光器角度可调节地安装于所述安装板12上，通过调节机构，调节各激光器相对于旋转轴线偏转的夹角，从而调整扫描角度范围。

具体地，所述激光雷达结构10设于所述安装板12上，多个激光器在安装板12上的安装位置处于同一个圆周上，图示的实施例采用三个激光器的情况下，三个安装位置相位差为120度。所述旋转轴222带动所述激光雷达结构10和所述安装组件转动，所述激光扫描组件11随之转动，所述多个激光器对应地沿多个同心圆同步旋转。

另外，激光雷达装置100还包括编码盘23，所述编码盘23无线连接至所述计算单元，所述编码盘23为无源编码盘23，呈环形，所述编码盘23安装于所述机座20上表面，所述编码盘23与所述激光雷达结构10同轴，随所述激光雷达结构10的旋转而旋转，所述编码盘23用于在所述激光扫描组件11旋转时监测所述激光器的位置。激光雷达装置100还包括光电传感器，所述光电传感器固定设置并与无源编码器位置对应，用于感测旋转过程中无源编码器反馈的光信号，以监测到各激光器的旋转角度方位。优选地，光电传感器安装于电机或电机座上。关于无源编码器40的结构请参阅同一申请人的另一专利号为201621062992.1，名称为“旋转扫描编码装置” 实用新型，该实用新型专利全文内容引入本申请作参考。

另外，光电传感器连接有无线充电线圈，PCB电路板21上具有无线充电发射线圈，用于给无线充电接收线圈进行无线充电，并在主控单元的控制下进行无线充电。进一步地，所述PCB电路板21还具有接口电路及其接口，所述接口电路与主控单元连接，用于进行数据传输。优选地，接口电路采用USB接口电路，通过USB接口连接，当然也可以采用其他接口方式，不限于此。关于无线充电的结构请参阅同一申请人的另一专利号为201620342332.2，名称为“一种旋转式激光扫描传感器” 的实用新型，该实用新型专利全文内容引入本申请作参考。

具体应用时，例如，应用于先进驾驶辅助系统ADAS时，通常将本实施例的激光雷达装置100安装于车前端或车前顶上，旋转结构22的旋转轴线为水平方向，即整个激光雷达装置100是水平放置，旋转时，三个激光器向前旋转扫描，旋转扫描的角度范围为一个圆锥形区域。其中，所述第一激光器111旋转扫描范围为圆心角约为3~10°的圆锥，所述第一激光器111的计算结果中的所述距离计算值小于等于200米的为有效数据，扫描范围最远；所述第二激光器112旋转扫描范围为圆心角约为30~90°的圆锥，所述第二激光器112的计算结果中的所述距离计算值小于等于75米的为有效数据；所述第三激光器113旋转扫描范围为圆心角约为45~160°的圆锥，所述第三激光器113的计算结果中的所述距离计算值小于等于30米的为有效数据。因此，激光雷达装置100有多层扫描区域，例如三层的扫描区域，由远及近，由内圈到外圈，内圈（所述第一激光器111）照射远，主要探测前方车辆或其他较远障碍，而外圈（第二激光器112和第三激光器113）照射近，主要探测车辆两侧的误入物体或其他障碍。

由此可知，上述激光雷达装置100中，每个所述激光器111、112、113与旋转轴线呈不同的夹角，所述多个激光器发射的激光信号的覆盖范围广，所述多个激光器111、112、113在所述马达驱动单元的控制下旋转，使所述激光信号扫描的范围呈圆形，不留监控死角。同时根据实际需要，针对不同角度的监测范围，监测的距离不同，提高了所述激光器的监测效率，能快速高效地进行监测，降低了所述激光雷达装置的成本，而且所述激光雷达装置体积小巧，便于安装。本发明的安装结构简单，体积小巧，成本低廉，便于推广。

需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光雷达装置，其特征在于，包括激光雷达结构和旋转结构，所述激光雷达结构包括多个激光扫描组件，所述激光扫描组件包括安装于所述旋转结构上的多个激光器，每个激光器分别发射的激光相对于所述旋转结构的旋转轴线成一个出射角度，多个所述激光器围绕所述旋转结构的旋转轴线按规则分布，多个所述激光器相对所述旋转轴线的出射角度依次呈梯度增大，通过所述旋转结构的旋转，带动多个所述激光器旋转以扫描多个旋转角度的区域。

2.如权利要求1所述的激光雷达装置，其特征在于，所述多个激光器包括第一激光器、第二激光器和第三激光器，所述第一激光器的出射角度为β1，所述第一激光器的扫描覆盖范围为3~10°；所述第二激光器的出射角度为β2，所述第二激光器的扫描覆盖范围为30~90°；所述第三激光器的出射角度为β3，所述第三激光器的扫描覆盖范围为45~160°。

3.如权利要求1所述的激光雷达装置，其特征在于，还包括机座，所述机座内设有控制组件，所述控制组件包括主控单元和计算单元，所述计算单元与所述主控单元相连，用于计算接收到所述激光由物体反馈信号的时间、距离和角度。

4.如权利要求3所述的激光雷达装置，其特征在于，还包括编码盘，所述编码盘无线连接至所述计算单元，所述编码盘为无源编码盘，所述编码盘与所述激光雷达结构同轴转动，用于在所述激光扫描组件旋转时监测所述激光器的位置。

5.如权利要求4所述的激光雷达装置，其特征在于，所述第一激光器的计算结果中的所述距离计算值小于等于200米的为有效数据；所述第二激光器的计算结果中的所述距离计算值小于等于75米的为有效数据；所述第三激光器的计算结果中的所述距离计算值小于等于30米的为有效数据。

6.如权利要求4所述的激光雷达装置，其特征在于，所述旋转结构设于所述机座内，所述旋转结构包括电机驱动单元和转速控制单元，所述激光雷达结构通过一个安装组件与所述电机驱动单元连接，所述安装组件与所述电机驱动单元之间设有旋转轴，所述电机驱动单元在所述转速控制单元的控制下，对所述安装组件的旋转的启动、停止以及旋转速度进行控制。

7.如权利要求6所述的激光雷达装置，其特征在于，所述电机驱动单元连接至所述主控单元，所述主控单元通过所述电机驱动单元控制所述安装组件旋转，以进行旋转扫描。

8.如权利要求6所述的激光雷达装置，其特征在于，所述激光雷达结构和所述安装组件在所述旋转轴的带动下旋转，所述多个激光器对应地沿多个同心圆同步旋转。

9.如权利要求4所述的激光雷达装置，其特征在于，还包括光电传感器，所述光电传感器固定设置并与无源编码器位置对应，用于感测旋转过程中无源编码器反馈的光信号，以监测到各激光器的旋转角度方位。

10.如权利要求6所述的激光雷达装置，其特征在于，所述安装组件包括一个连接于所述旋转轴的安装板，多个所述激光器角度可调节地安装于所述安装板上。