CN109991617B - 激光雷达 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种激光雷达。本申请中的激光雷达包括：主轴、雷达转子、上仓板、顶盖和底座；上仓板相对于雷达转子固定设置，且上仓板在激光雷达的轴向上相对更靠近底座，更远离所述顶盖；主轴垂直于底座设置并且位于上仓板和底座之间。本申请可缩短各模块的走线，安装维护方便，并提高激光雷达的机械可靠性。
Description
技术领域
本申请涉及测距领域，特别涉及一种激光雷达。
背景技术
激光雷达LiDAR是激光主动探测传感器设备的一种统称，其工作原理大致如下：激光雷达的发射器发射出激光光束，激光光束遇到物体后，经过漫反射，返回至激光接收器，雷达模块根据发送和接收激光光束的时间间隔乘以光速，再除以2，即可计算出发射器与物体的距离。
现有的激光雷达，在主轴轴系的结构上，主要采用贯穿轴的结构设计，而所谓的贯穿轴，即是指从激光雷达的顶部一直延伸至底部的主轴的结构，而从底部到顶部的主轴占据了激光雷达内部的空间，给位于激光雷达上方的测距组件或者说雷达转子的设计提高了难度。并且，这种贯穿轴设计的成本较高，机械结构复杂，轴系设计不紧密。
发明内容
本申请的目的在于提供一种激光雷达，可减小因主轴从上到下贯穿整个雷达所占用的空间，方便并简化了主轴上方雷达转子上的各器件的结构的设置。
为解决上述技术问题，本申请的实施例公开了一种激光雷达，包括主轴、雷达转子、上仓板、顶盖和底座；
所述上仓板相对于所述雷达转子固定设置，且所述上仓板在所述激光雷达的轴向上相对更靠近所述底座，更远离所述顶盖；
所述主轴垂直于所述底座设置并且位于所述上仓板和所述底座之间。
可选地，该激光雷达还包括旋转支架及驱动电机；
所述旋转支架包括第一部分及第二部分，所述第一部分为中空结构且适于套设于所述主轴上，所述第二部分为垂直于所述第一部分的圆盘面结构且适于与所述雷达转子耦接，所述第二部分包括至少三个旋转子支架，每个所述旋转子支架的第一端耦接于所述第一部分，每个所述旋转子支架的第二端耦接于所述第二部分的圆盘面的边缘，所述驱动电机适于通过所述旋转支架驱动所述雷达转子旋转。
可选地，每个所述旋转子支架的第二端与所述圆盘面的边缘的耦接处还设置有支撑凸缘，所述支撑凸缘的凸起方向背离所述底座，所述雷达转子适于通过所述支撑凸缘与所述旋转支架耦接。
可选地，激光雷达还包括下仓板，所述下仓板位于所述上仓板和所述底座之间并环绕所述主轴设置。
可选地，激光雷达还包括位于所述上仓板和下仓板之间的无线供电组件，所述无线供电组件包括无线发射线圈、无线接收线圈、发射电路板和接收电路板；
所述无线发射线圈、无线接收线圈、发射电路板和接收电路板均环绕所述主轴设置；
所述无线发射线圈和发射电路板相对于所述主轴固定设置，所述无线接收线圈和接收电路板相对于所述雷达转子固定设置；
所述无线发射线圈与所述发射电路板电连接，所述无线接收线圈与所述发射电路板电连接。
可选地，所述激光雷达还包括驱动电机，所述驱动电机包括磁铁和电枢，所述磁铁及电枢均环绕所述主轴设置，且所述磁铁相对所述电枢更远离所述主轴，所述磁铁与所述发射电路板耦接。
可选地，所述激光雷达还包括驱动电机，所述驱动电机包括磁铁和电枢，所述磁铁及电枢均环绕所述主轴设置，且所述磁铁相对所述电枢更远离所述主轴，所述发射电路板与所述电枢电连接以向所述电枢供电。
可选地，所述驱动电机为直流电机。
可选地，激光雷达还包括角度测量组件，所述角度测量组件环绕所述主轴设置，并且相对于所述无线供电组件与所述主轴的距离更远。
可选地，激光雷达还包括电缆接口，所述电缆接口用于连接所述激光雷达与相对于所述激光雷达外的外部设备。
本申请实施例包括，但不限于，如下效果：
1)采用非贯穿主轴结构，通过将上下仓板、发射和接收电路板、主轴等元器件压缩叠加设置于激光雷达的偏下方位置形成扁平化平台，减小了因主轴从上到下贯穿整个雷达所占用的空间，方便并简化了设置于主轴上方或者下方的测距组件等的结构的设置。
2)旋转支架上的支撑凸缘提高了主轴上方雷达转子部分转动的稳定性，减少了转动对整机寿命和雷达成像质量的影响。
3)由于中空的下仓板套设于主轴上，也即主轴贯穿下仓板，则主轴可以为旋转支架提供更好的支撑性，且可以提高雷达的稳定性。
4)现有的激光雷达多采用较为复杂的盘式电机驱动雷达转子，而本申请采用直流电机驱动雷达转子，直流电机具有结构简单低成本的特点，因此可以降低激光雷达的成本及复杂度。
5)将如码盘的角度测量组件设置在最外侧靠近激光雷达的外壳，能提高测量角度的准确性，从而提高激光雷达的测量准确度。
6)驱动电机采用磁铁作为转子，电枢作为定子，磁铁无需供电，而电枢与发射电路板电连接，通过下仓板为电枢供电，降低了无线供电组件的供电压力。
附图说明
图1根据本申请的一些实施例，示出了激光雷达的剖面示意图；
图2根据本申请的一些实施例，示出了激光雷达的扁平化平台的结构示意图；
图3根据本申请的一些实施例，示出了激光雷达扁平化平台的剖面示意图；
图4根据本申请的一些实施例，示出了旋转支架的结构示意图；
图5根据本申请的一些实施例，示出了主轴的结构示意图。
具体实施方式
本申请的说明性实施例包括但不限于一种激光雷达。
本申请将使用本领域技术人员通常采用的术语来描述说明性实施例的各个方面，以将他们工作的实质传达给本领域其他技术人员。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以使用所描述方面的部分来实践一些可替代实施例。出于解释的目的，为提供对说明性实施例的透彻理解，对具体的数字、材料和配置进行阐述。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有具体细节的情况下实现替代的实施例。在其他情况下，为了不对说明性实施例造成混淆，省略或简化了一些公知的特征。
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的实施例作进一步地详细描述。
根据本申请的一些实施例，公开了一种激光雷达。图1是该激光雷达的剖面结构示意图，图2和图3分别示出了该激光雷达的扁平化平台的结构示意图和剖面示意图。如图1所示，该激光雷达的主轴2位于整个雷达的下半部分，并非是轴向贯穿整个激光雷达，从而减小了因主轴从上到下贯穿整个雷达所占用的空间，方便并简化了主轴上方测距组件等的结构的设置。
具体地，参考图1、图2及图3，该激光雷达可以包括底座1、主轴2、雷达转子16、旋转支架3、顶盖15、上仓板7、下仓板8、轴承6、无线供电组件、直流电机、通信组件(未示出)、码盘13以及电缆接口14。主轴2位于上仓板7和底座1组成的空间之中并与底座1相垂直。从图4和图5分别示出的旋转支架3和主轴2的具体结构可以看出，主轴2在穿透下仓板8后，下端部2B固定在主轴座1A上，故可以提高激光雷达的稳定性。另外，主轴2的上端部2A可以套设于旋转支架3的中空的第一部分3A。此外，可以理解，在本发明的其他实施例中，也可以不设置主轴1穿过下仓板8，而是位于下仓板8之上，也即将下仓板8设置于主轴座1A的下端。
如图4所示，旋转支架的第一部分3A垂直于圆盘面结构的第二部分3B，第一部分3A套设于主轴2上。第二部分3B与雷达转子16耦接，并且，在一示范例中，第二部分3B包括三个旋转子支架3c，每个旋转子支架3c的第一端耦接于第一部分3A，每个旋转子支架3c的第二端耦接于第二部分3B的圆盘面的边缘。每个旋转子支架3c的第二端与圆盘面的边缘的耦接处还设置有支撑凸缘3d，支撑凸缘3d的凸起方向背离底座1，雷达转子16可以通过支撑凸缘3d上的通孔与旋转支架3耦接，从而提高主轴2上方雷达转子16部分转动的稳定性，减少转动对整机寿命和雷达成像质量的影响。可以理解，旋转子支架的数量可以不仅仅是三个，也可以是大于三的任何数目，并且，支撑凸缘的个数也可以是大于三的任何数目。此外，旋转支架也可以采用其他的适合套于主轴上并承接雷达转子的结构，在此不做限制。
上仓板7设置在激光雷达轴向上更靠近底座的部分，并位于旋转支架3的圆盘面上方，并且上仓板7相对于雷达转子固定设置，即上仓板7可随旋转支架3旋转，主要用于对从雷达转子16上各器件输出以及传输给雷达转子16上的各器件的各种信号进行处理。可以理解，上仓板7也可以具有其他功能，也可以有其他的名称，并不限于此。下仓板8主要用于对从雷达转子16上各器件接收到的以及要发送给雷达转子16上的各器件的各种信号进行处理。可以理解，下仓板8也可以具有其他功能或者具备其他名称，并不限于此。需要说明的是，由于雷达转子16的内部具体结构对本申请要体现的方案的实施无关，只要雷达转子16可以转动并可以完成距离检测即可，故雷达转子16的内部结构并未示出。
在具体实施中，通信组件可以包括第一通信模块和第二通信模块，第一通信模块相对于雷达转子16固定设置并与上仓板7电连接，第二通信模块相对于主轴2固定设置并与下仓板8电连接。
在本发明一实施例中，无线供电组件可以位于上仓板7和下仓板8之间，具体可以包括无线发射线圈12、无线接收线圈11、发射电路板10和接收电路板9，无线发射线圈12、无线接收线圈11、发射电路板10和接收电路板9均环绕主轴2设置，无线发射线圈12和发射电路板10相对于主轴2固定设置，无线接收线圈11和接收电路板9相对于雷达转子16固定设置，无线发射线圈12与无线接收线圈11相对运动，并用于向驱动电机及雷达转子16上的各器件供电，如设置于雷达转子16内并相对于雷达转子16固定设置的测距组件。
驱动电机环绕主轴1设置，并通过带动旋转支架3旋转而带动旋转支架3上套有的雷达转子16相对于主轴2或者底座1旋转。此处驱动电机可以采用直流电机，而该直流电机包括磁铁5和电枢4，且都环绕主轴2设置的磁铁5和电枢4在作为定转子的功能角色上可以互换。比如可以设置磁铁5为转子，电枢4为定子。磁铁5套在电枢4的外侧，相对与主轴2的距离更远，由于磁铁5无需供电，下仓板8与电枢4电连接以有线连接形式向所述电枢4供电，故可以降低无线供电组件的供电压力。可以理解，在本发明其他实施例中，直流电机的磁铁5和电枢4也可以采用另外的功能角色设置，例如，磁铁5作为电机定子与发射电路板10耦接，电枢4作为电机转子，可以通过无线供电组件供电。此外，本申请中的驱动电机也可以采用其他类型的驱动电机，不限定为直流电机。现有的的激光雷达多采用盘式电机，盘式电机的结构复杂，而本申请的激光雷达采用直流电机，直流电机具有结构简单低成本的特点，故可以降低激光雷达的复杂度。
在具体实施中，可以采用码盘13作为角度测量组件，码盘13环绕主轴2设置，并且相对于无线供电组件与主轴2的距离更远，即将码盘13设置在距离主轴2最远处，靠近底座1的外壳的周壁。通过将码盘设置在最外侧靠近外壳，能提高码盘测量角度的准确性。
另外，电缆接口14用于将激光雷达与其他的电子器件，比如其他的激光雷达或者电子设备进行连接，从而可以将当前激光雷达内部的信号传输到当前激光雷达的外部，而电缆接口14可以防水，能防止激光雷达进水时对信号传输的影响，从而可以提高雷达的防水能力。上述激光雷达的工作过程如下：
第二通信模块将下仓板8发出的测距指令信息发送给第一通信模块，例如，以光信号的形式发送，即所谓的上行光信号传输，第一通信模块通过上仓板7将该测距指令信息发送给设置于雷达转子16内部的测距组件，测距组件接收到测距指令信息后开始进行测距任务；
测距组件执行测距任务产生的测距结果信息经由上仓板7处理后通过第一通信模块发送给第二通信模块，例如，以光信号的形式发送，即所谓的下行光信号传输，下仓板通过第二通信模块控制组件接收到测距结果信息后对其进行相关分析和处理。
此外，在上述激光雷达工作的过程中，无线发射线圈12与无线接收线圈11相对转动，无线供电组件可以向设置于雷达转子内的测距组件供电，以使得测距组件执行测距任务。同时，对于测量角度的码盘10，在激光雷达的工作过程中，对雷达的旋转角度进行测量。
在以下实施例中总结了进一步的本申请的技术方案：
实施例1：一种激光雷达，包括主轴、雷达转子、上仓板、顶盖和底座；
所述上仓板相对于所述雷达转子固定设置，且所述上仓板在所述激光雷达的轴向上相对更靠近所述底座，更远离所述顶盖；
所述主轴垂直于所述底座设置，并且位于所述上仓板和所述底座之间。
实施例2：根据实施例1所述的激光雷达，还包括旋转支架及驱动电机；
所述旋转支架包括第一部分及第二部分，所述第一部分为中空结构且适于套设于所述主轴上，所述第二部分为垂直于所述第一部分的圆盘面结构且适于与所述雷达转子耦接，所述第二部分包括至少三个旋转子支架，每个所述旋转子支架的第一端耦接于所述第一部分，每个所述旋转子支架的第二端耦接于所述第二部分的圆盘面的边缘，所述驱动电机适于通过所述旋转支架驱动所述雷达转子旋转。
实施例3：根据实施例2所述的激光雷达，每个所述旋转子支架的第二端与所述圆盘面的边缘的耦接处还设置有支撑凸缘，所述支撑凸缘的凸起方向背离所述底座，所述雷达转子适于通过所述支撑凸缘与所述旋转支架耦接。
实施例4：根据实施例1或2所述的激光雷达，还包括下仓板，所述下仓板位于所述上仓板和所述底座之间并环绕所述主轴设置。
实施例5：根据实施例4所述的激光雷达，还包括位于所述上仓板和下仓板之间的无线供电组件，所述无线供电组件包括无线发射线圈、无线接收线圈、发射电路板和接收电路板；
所述无线发射线圈、无线接收线圈、发射电路板和接收电路板均环绕所述主轴设置；
所述无线发射线圈和发射电路板相对于所述主轴固定设置，所述无线接收线圈和接收电路板相对于所述雷达转子固定设置；
所述无线发射线圈与所述发射电路板电连接，所述无线接收线圈与所述接收电路板电连接。
实施例6：根据实施例2至5中任一项所述的激光雷达，还包括驱动电机，所述驱动电机包括磁铁和电枢，所述磁铁及电枢均环绕所述主轴设置，且所述磁铁相对所述电枢更远离所述主轴，所述磁铁与所述发射电路板耦接。
实施例7：根据实施例2至5中任一项所述的激光雷达，所述激光雷达还包括驱动电机，所述驱动电机包括磁铁和电枢，所述磁铁及电枢均环绕所述主轴设置，且所述磁铁相对所述电枢更远离所述主轴，所述发射电路板与所述电枢电连接以向所述电枢供电。
实施例8：根据实施例2至7中任一项所述的激光雷达，所述驱动电机为直流电机。
实施例9：根据实施例5至8中任一项所述的激光雷达，还包括角度测量组件，所述角度测量组件环绕所述主轴设置，并且相对于所述无线供电组件与所述主轴的距离更远。
实施例10：根据实施例1至9中任一项所述的激光雷达，还包括电缆接口，所述电缆接口用于连接所述激光雷达与相对于所述激光雷达外的外部设备。
在附图中，可以以特定布置和/或顺序示出一些结构或方法特征。然而，应该理解，可能不需要这样的特定布置和/或排序。而是，在一些实施例中，这些特征可以以不同于说明性附图中所示的方式和/或顺序来布置。另外，在特定图中包括结构或方法特征并不意味着暗示在所有实施例中都需要这样的特征，并且在一些实施例中，可以不包括这些特征或者可以与其他特征组合。
需要说明的是，在本专利的示例和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
虽然通过参照本申请的某些优选实施例，已经对本申请进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本申请的精神和范围。
Claims (8)
1.一种激光雷达，其特征在于，包括主轴、雷达转子、上仓板、顶盖、底座、旋转支架和驱动电机；
所述上仓板相对于所述雷达转子固定设置，且所述上仓板在所述激光雷达的轴向上相对更靠近所述底座，更远离所述顶盖；
所述主轴垂直于所述底座设置，并且位于所述上仓板和所述底座之间；
所述旋转支架包括第一部分及第二部分，所述第一部分为中空结构且适于套设于所述主轴上，所述第二部分为垂直于所述第一部分的圆盘面结构且适于与所述雷达转子耦接，所述第二部分包括至少三个旋转子支架，每个所述旋转子支架的第一端耦接于所述第一部分，每个所述旋转子支架的第二端耦接于所述第二部分的圆盘面的边缘，所述驱动电机适于通过所述旋转支架驱动所述雷达转子旋转；
其中，每个所述旋转子支架的第二端与所述圆盘面的边缘的耦接处设置有支撑凸缘，所述支撑凸缘的凸起方向背离所述底座，所述雷达转子适于通过所述支撑凸缘与所述旋转支架耦接。
2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，还包括中空的下仓板，所述下仓板套设于所述主轴，并位于所述上仓板和所述底座之间。
3.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，还包括位于所述上仓板和下仓板之间的无线供电组件，所述无线供电组件包括无线发射线圈、无线接收线圈、发射电路板和接收电路板；
所述无线发射线圈、无线接收线圈、发射电路板和接收电路板均环绕所述主轴设置；
所述无线发射线圈和发射电路板相对于所述主轴固定设置，所述无线接收线圈和接收电路板相对于所述雷达转子固定设置；
所述无线发射线圈与所述发射电路板电连接，所述无线接收线圈与所述接收电路板电连接。
4.根据权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，还包括驱动电机，所述驱动电机包括磁铁和电枢，所述磁铁及电枢均环绕所述主轴设置，且所述磁铁相对所述电枢更远离所述主轴，所述磁铁与所述发射电路板耦接。
5.根据权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，还包括驱动电机，所述驱动电机包括磁铁和电枢，所述磁铁及电枢均环绕所述主轴设置，且所述磁铁相对所述电枢更远离所述主轴，所述发射电路板与所述电枢电连接以向所述电枢供电。
6.根据权利要求4或5所述的激光雷达，其特征在于，所述驱动电机为直流电机。
7.根据权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，还包括角度测量组件，所述角度测量组件环绕所述主轴设置，并且相对于所述无线供电组件与所述主轴的距离更远。
8.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，还包括电缆接口，所述电缆接口用于连接所述激光雷达与相对于所述激光雷达外的外部设备。
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