CN108398696A - 多线旋转式激光雷达装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多线旋转式激光雷达装置，该装置包括旋转驱动机构、旋转架和至少一组激光器，每组激光器包括多个激光器并分多个方向安装于旋转架上，各激光器在旋转时的激光扫描面两两相交成预定角度，所述旋转驱动机构连接所述旋转架以驱动所述旋转架转动，使各激光器旋转，通过多个激光器从多个不同角度进行激光扫描。上述多线旋转式激光雷达装置采用旋转式结构，每个激光器能扫描形成一个激光扫描平面，多个激光器按照规则排布，同时扫描多个方向的不同角度平面，用较少的激光器就能达到良好的3D激光扫描效果，扫描方式快速高效，构成三维的激光扫描，可广泛应用于驾驶辅助系统、无人驾驶系统及移动机器人、无人驾驶飞机避障与导航等领域。

Description

多线旋转式激光雷达装置
技术领域
本发明涉及激光扫描技术领域，具体涉及一种多线旋转式激光雷达装置。
背景技术
随着激光技术的发展，激光扫描技术越来越广泛地应用于测量、交通、驾驶辅助和无人机、移动机器人等领域。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。
激光扫描主要是通过快速持续地发射多个脉冲，这些发射的方向以某种方式连续变化，将每个距离测量值看成一个像素，快速持续发射和记录的像素的收集就称为“点云”。目前，有些激光扫描装置利用单激光发射器、探测器结合一些移动的镜子的结合体以实现跨过至少一个面的扫描。这种装置仅仅能绘制二维的点云，然而，目前对于激光扫描应用来说，二维的扫描结果难以满足当前需求，人们常常需要三维点云。因此，进行三维或3D扫描成为目前研究的热点和难点之一。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种快速高效、能同时扫描多方向多面三维式的多线旋转式激光雷达装置，其通过采用量少的激光器达到良好的3D激光扫描效果。
一种多线旋转式激光雷达装置，包括旋转驱动机构、旋转架和至少一组激光器，每组激光器包括多个激光器并分多个方向安装于旋转架上，各激光器在旋转时的激光扫描面两两相交成预定角度，所述旋转驱动机构连接所述旋转架以驱动所述旋转架转动，使各激光器旋转，通过多个激光器从多个不同角度进行激光扫描。
进一步地，所述旋转驱动机构为电机，所述旋转架包括转接轴，所述转接轴连接于电机。
进一步地，所述旋转架上还设有一个无源编码器，用于在激光器旋转时监测到各激光器的旋转角度方位。
进一步地，多线旋转式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，还包括线路板，所述线路板还具有控制芯片、电机驱动模块，所述控制芯片与所述电机驱动模块连接，用于控制电机驱动模块，所述电机驱动模块在控制芯片的控制下，驱动电机。
进一步地，所述线路板还具有数据接收模块，所述数据接收模块与光电传感器无线连接，用于接收光电传感器的数据，所述控制芯片与所述数据接收模块连接，用于处理所述数据接收模块的数据。
进一步地，所述线路板还具有接口电路及其接口，所述接口电路与控制芯片连接，用于进行数据传输。
进一步地，所述线路板还具有无线充电模块，所述无源编码器上具有无线充电线圈，所述光电传感器连接有无线充电接收线圈，所述无线充电模块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，所述无线充电模块与控制芯片连接，并在控制芯片控制下进行无线充电。
进一步地，至少一组激光器为两组或多组，每组为四个激光器并按照四个象限方向分布，每组中的多个激光器由旋转架的同一圆周向四个方位延伸，两组或多组激光器的延伸圆周面在旋转架上由上到下依次排列，各组中的全部激光器两两相交的预定角度相同。
进一步地，各个激光器在旋转时的转动面两两相交所成的预定角度为2~5度。
上述多线旋转式激光雷达装置采用旋转式结构，每个激光器能扫描形成一个激光扫描平面，多个激光器按照规则排布，可以同时扫描多个方向的不同角度平面，通过用最少的激光器就能达到良好的3D激光扫描效果。而且旋转结构使得扫描方式快速高效，多个激光器同时扫描多方向多个不同角度的面，形成三维的激光扫描空间。
附图说明
图1是本发明实施例一的多线旋转式激光雷达装置的立体结构示意图。
图2是图1中的多线旋转式激光雷达装置的俯视结构示意图。
图3是沿图2中的多线旋转式激光雷达装置的A-A线的剖视结构示意图。
图4是本发明实施例一的多线旋转式激光雷达装置的功能模块结构框图。
图5是本发明实施例二的多线旋转式激光雷达装置的剖视结构示意图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例和附图对本发明进行详细说明。
请参照实施例图1和2，示出本实施例一提供的一种多线旋转式激光雷达装置100，包括旋转驱动机构10、旋转架20和至少一组激光器，每组激光器包括多个激光器31并分多个方向安装于旋转架20上，各激光器31在旋转时的激光扫描面两两相交成预定角度，所述旋转驱动机构10连接所述旋转架20以驱动所述旋转架20转动，使各激光器31旋转，通过多个激光器31从多个不同角度进行激光扫描。
具体地，上述各器件收容于壳体11内，壳体11包括上腔111和下腔112，优选地，上腔111为透明的，例如为玻璃腔体，为透光镜面结构。所述旋转驱动机构10为电机。图示的实施例中，上腔111和下腔112都是圆筒状，下腔112的直径略大于上腔111。
具体地，所述旋转架20包括转接轴21，所述转接轴21连接于电机10。每个激光器31分别通过安装板或安装支架安装于旋转架20的顶端或靠近顶端。优选地，各个激光器31在旋转时的转动面两两相交所成的预定角度为2~5度。而且，任意相邻的两个激光器31相交的预定角度相同，并且全部激光器31从侧面看，从上到下呈张开形状或发散形态。
进一步地，所述旋转架20上还设有一个无源编码器40，用于在激光器31旋转时监测到各激光器31的旋转角度方位。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” 发明，该发明专利全文内容引入本申请作参考。
多线旋转式激光雷达装置100还包括光电传感器42，所述光电传感器42固定设置并与无源编码器40位置对应，用于感测旋转过程中无源编码器40反馈的光信号，以监测到各激光器31的旋转角度方位。光电传感器42可以是固定在电机上或者电机座上，位置固定不旋转。
请再参阅图3和4，多线旋转式激光雷达装置100还包括线路板50，所述线路板50还具有控制芯片51、电机驱动模块54，所述控制芯片51与所述电机驱动模块54连接，用于控制电机驱动模块54，所述电机驱动模块54在控制芯片51的控制下，驱动电机11。线路板50还具有数据接收模块52，所述数据接收模块52与光电传感器42无线连接，用于接收光电传感器42发来的数据，所述控制芯片51与所述数据接收模块52连接，用于处理所述数据接收模块52的数据。
进一步地，所述线路板50还具有无线充电模块55，所述光电传感器42连接有无线充电线圈，所述无线充电模块55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，所述无线充电模块55与控制芯片51连接，并在控制芯片51控制下进行无线充电。进一步地，所述线路板50还具有接口电路56及其接口，所述接口电路与控制芯片51连接，用于进行数据传输。优选地，接口电路56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。关于无线充电方面的技术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” 的发明，该发明专利全文内容引入本申请作参考。
请参阅图5，示出本实施例二提供的一种多线旋转式激光雷达装置200，多线旋转式激光雷达装置200的结构与实施例一的多线旋转式激光雷达装置100基本上相同，两者主要不同之处在于，实施例二中的激光器为两组，当然在其他实施例中可以是三组或更多组激光器31。图4和图1、图2中相同的符号表示基本相同的元件，在此不再赘述。
如图4所示，两组激光器为第一组激光器31和第二组激光器32，其中第一组激光器31与实施例一基本相同，第二组也是在同样的四个象限内分布，整个是俯仰角不同，本实施例中将第一组中各激光器31设置为俯冲形式，第二组中各激光器32设置为仰起结构，也就是，为四个激光器31并按照四个象限方向向上仰起分布，每组中的多个激光器31由旋转架20的同一圆周向四个方位延伸，两组激光器31的延伸圆周面在旋转架20上由上到下依次排列，各组中的全部激光器31两两相交的预定角度相同，并且全部激光器31从侧面看，从上到下呈张开形状或发散形态。更进一步地，其中一个激光器31的激光发射角度设定为水平方向，从侧面投影来看，以该激光器31为大致中间位置，上下的激光器基本上是相对于该中间的激光器31呈向外散开形式，更有利于形成均匀致密地三维扫描表面。
实际应用时，以夹角为2.5度为例，两组激光器31和32共8个，整个激光器31形成角度范围为17.5度的致密多面扫描区域，即基本上可以覆盖远近距离的环境或物体，当应用于无人机或无人汽车时，可以为其扫描障碍，一旦有障碍，立即反馈，使无人机或无人汽车作出相应动作。
由此可知，上述多线旋转式激光雷达装置采用旋转式结构，每个激光器31能扫描形成一个激光扫描平面，多个激光器31按照规则排布，可以同时扫描多个方向的不同角度平面，通过用最少的激光器31就能达到良好的3D激光扫描效果。而且旋转结构使得扫描方式快速高效，多个激光器31同时扫描多方向多个不同角度的面，形成三维的激光扫描空间。
需要说明的是，本发明并不局限于上述实施方式，根据本发明的创造精神，本领域技术人员还可以做出其他变化，这些依据本发明的创造精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种多线旋转式激光雷达装置，其特征在于，包括旋转驱动机构、旋转架和至少一组激光器，每组激光器包括多个激光器并分多个方向安装于旋转架上，各激光器在旋转时的激光扫描面两两相交成预定角度，所述旋转驱动机构连接所述旋转架以驱动所述旋转架转动，使各激光器旋转，通过多个激光器从多个不同角度进行激光扫描。
2.如权利要求1所述的多线旋转式激光雷达装置， 其特征在于，所述旋转驱动机构为电机，所述旋转架包括转接轴，所述转接轴连接于电机。
3.如权利要求1所述的多线旋转式激光雷达装置， 其特征在于，所述旋转架上还设有一个无源编码器，用于在激光器旋转时监测到各激光器的旋转角度方位。
4.如权利要求3所述的多线旋转式激光雷达装置， 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。
5.如权利要求4所述的多线旋转式激光雷达装置， 其特征在于，还包括线路板，所述线路板还具有控制芯片、电机驱动模块，所述控制芯片与所述电机驱动模块连接，用于控制电机驱动模块，所述电机驱动模块在控制芯片的控制下，驱动电机。
6.如权利要求5所述的多线旋转式激光雷达装置， 其特征在于，所述线路板还具有数据接收模块，所述数据接收模块与光电传感器无线连接，用于接收光电传感器的数据，所述控制芯片与所述数据接收模块连接，用于处理所述数据接收模块的数据。
7.如权利要求6所述的多线旋转式激光雷达装置， 其特征在于，所述线路板还具有接口电路及其接口，所述接口电路与控制芯片连接，用于进行数据传输。
8.如权利要求5所述的多线旋转式激光雷达装置， 其特征在于，所述线路板还具有无线充电模块，所述光电传感器连接有无线充电接收线圈，所述无线充电模块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，所述无线充电模块与控制芯片连接，并在控制芯片控制下进行无线充电。
9.如权利要求1所述的多线旋转式激光雷达装置， 其特征在于，至少一组激光器为两组或多组，每组为四个激光器并按照四个象限方向分布，每组中的多个激光器由旋转架的同一圆周向四个方位延伸，两组或多组激光器的延伸圆周面在旋转架上由上到下依次排列，各组中的全部激光器两两相交的预定角度相同。
10.如权利要求1所述的多线旋转式激光雷达装置， 其特征在于，各个激光器在旋转时的转动面两两相交所成的预定角度为2~5度。
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