CN111381240A - 激光雷达和清洁机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光雷达和清洁机器人，其中，该激光雷达包括旋转底座、激光测距模块、透光罩、顶盖、第一传输组件以及第二传输组件，其中，激光测距模块设置于所述旋转底座上、并可随所述旋转底座旋转，所述激光测距模块包括激光发射器和激光接收器，透光罩设于旋转底座上且围罩激光测距模块，顶盖设于透光罩远离旋转底座的一端，第一传输组件设于激光测距模块上、且电连接激光测距模块，第二传输组件设于顶盖的内侧，第一传输组件和第二传输组件之间无线传输电源和数据。本发明激光雷达将激光测距模块设于旋转底座和第一传输组件之间，实现了小型化设计，减小了体积。

Description

激光雷达和清洁机器人
技术领域
本发明涉及激光测距技术领域，尤其涉及一种激光雷达和清洁机器人。
背景技术
激光雷达具有精准度高、作业速度快和效率高等优势，广泛应用于汽车自动驾驶、机器人定位导航、空间环境测绘、安保安防等领域。激光雷达(LiDAR)是通过发射激光束来探测目标位置、速度等特征量的雷达系统，具有测量精度高、方向性好等优点，在军事领域和民用的地理测绘等领域都有广泛的应用。
现有的激光雷达包括云台底座、旋转云台、传动轮、滑环、激光测距模块以及电机。其中，旋转云台、传动轮以及滑环设置在云台底座的一侧，滑环套接旋转云台和传动轮，激光测距模块设置在旋转云台上。电机设置在云台底座的另一侧，其转轴贯穿云台底座而插入传动轮的轮孔中，电机工作时，其转轴转动，驱动传动轮转动，通过滑环带动旋转云台转动，最终实现旋转云台上的激光雷达的旋转。显然，现有的激光雷达的电机的中心轴线和旋转云台的中心轴线不在同一条轴线上，导致整个激光雷达的体积过大，占用较多的空间。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种激光雷达，旨在小型化设计，减小占用空间。
为实现上述目的，本发明提供一种激光雷达包括：旋转底座；激光测距模块，设置于所述旋转底座上，并可随所述旋转底座旋转，所述激光测距模块包括激光发射器和激光接收器；透光罩，设于所述旋转底座上，且围罩所述激光测距模块；顶盖，设于所述透光罩远离所述旋转底座的一端；第一传输组件，设于所述激光测距模块上，且电连接所述激光测距模块；以及，第二传输组件，设于所述顶盖的内侧；其中，所述第一传输组件和第二传输组件之间无线传输电源和数据。
优选地，所述旋转底座包括：底板；支撑组件，安装于所述底板上，且具有可旋转的支撑轴，所述支撑轴的一端固定于所述激光测距模块中；电机，包括定子和转子，所述定子设于所述底板上、且围绕所述支撑组件设置，所述转子围绕所述定子设置、且与所述激光测距模块的端部连接。
优选地，所述底板具有安装柱，所述安装柱开设有安装槽；所述支撑组件还包括轴承，所述轴承固接于所述安装槽中，所述支撑轴固接于所述轴承的轴孔中。
优选地，所述安装柱具有台阶面，所述定子围套所述安装柱且承载在所述台阶面上。
优选地，所述旋转底座还包括隔圈，所述隔圈套接在所述支撑轴上，且位于所述轴承的端面和所述激光测距模块之间。
优选地，所述旋转底座还包括设于所述底板和所述定子之间的控制板，所述控制板与所述定子电连接，且通过导线与所述第二传输组件电连接。
优选地，所述激光测距模块还包括安装架，所述激光发射器和激光接收器间隔设于所述安装架上，所述安装架的一端设有套接部，所述套接部围套所述转子设置。
优选地，所述旋转底座还包括设于所述底板和所述定子之间的控制板，所述控制板设有光电开关；所述套接部的端部开设有光栅码盘，所述光栅码盘对应所述光电开关设置。
优选地，所述支撑轴通过嵌件注塑与所述安装架一体成型而成。
优选地，所述第一传输组件包括第一电路板、第一隔磁片、第一光发射器以及接收线圈，所述第一隔磁片、所述第一光发射器设于所述第一电路板上，所述接收线圈设于所述第一隔磁片上；所述第二传输组件包括第二电路板、第二隔磁片、第一光接收器以及发射线圈，所述第二隔磁片、所述第一光接收器设于所述第二电路板上，所述发射线圈设于所述第二隔磁片上；其中，所述发射线圈间隔且靠近所述接收线圈设置，所述第一光发射器对应所述第一光接收器设置。
优选地，所述第一传输组件还包括设于所述第一电路板上的第二光接收器；所述第二传输组件还包括设于所述第二电路板上的第二光发射器；其中，所述第二光发射器与所述第二光接收器对应设置。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种清洁机器人，包括机器人主体以及设于所述机器人主体内的激光雷达，所述激光雷达为如上所述的激光雷达，所述机器人主体的至少部分侧面可透光设置。
优选地，所述激光雷达发射出的激光穿过所述机器人主体的至少部分侧面形成的扫描范围大于等于180°。
本发明技术方案，通过将激光测距模块设置在旋转底座和第一传输组件之间，其中，第一传输组件和第二传输组件之间无线传输电源和数据，而组成了无线传输模块，即激光测距模块位于无线传输模块和旋转底座之间，通过优化内部结构而实现了激光雷达的小型化，减小了其占用的空间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明激光雷达一实施例的剖视图；
图2为图1中激光雷达的爆炸示意图；
图3为本发明清洁机器人一实施例的结构示意图。
本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提供激光雷达的一实施例，请参阅图1和图2，该激光雷达1包括旋转底座2、激光测距模块3、透光罩4、第一传输组件5、第二传输组件6以及顶盖7。其中，激光测距模块3设置于旋转底座2上，并可随旋转底座2旋转。透光罩4设于旋转底座2上，且围罩激光测距模块3，激光测距模块3发出的激光可穿透该透光罩4而射出并经反射而射入。顶盖7设于透光罩4远离旋转底座2的一端，而盖合透光罩4的端部。第一传输组件5设于激光测距模块3上，且电连接激光测距模块3，其为无线传输组件。第二传输组件6设于顶盖7的内侧，其为对应第一传输组件5的无线传输组件。因此，第一传输组件5和第二传输组件6之间无线传输电源和数据，即两者间隔设置。
本实施例激光雷达1将激光测距模块3设置在旋转底座2和第一传输组件5之间，其中，第一传输组件5和第二传输组件6之间无线传输电源和数据，而组成了无线传输模块，即激光测距模块3位于无线传输模块和旋转底座2之间。工作时，旋转底座2驱动激光测距模块3旋转，同时激光测距模块3带动其上的第一传输组件5转动，由于第一传输组件5和第二传输组件6间隔设置，而不影响对激光测距模块3的供电和激光测距模块3获得的数据的输出。因此，本实施例激光雷达1的旋转底座2、激光测距模块3、第一传输组件5依次位于同一旋转轴线上，而优化了其内部结构，实现了小型化，减小了其占用的空间。
本实施例中，旋转底座2包括底板20、底壳21、支撑组件22以及电机24。其中，底壳21安装在底板20上，透光罩4的另一端通过螺钉与底壳21远离底板20的一端连接，支撑组件22和电机24位于底壳21中。支撑组件22安装于底板20上，且具有可旋转的支撑轴220，支撑轴220的一端固定于激光测距模块3中。电机24包括定子240和转子242，定子240设于底板20上、且围绕支撑组件22设置。转子242围绕定子240设置、且与激光测距模块3的端部连接。
电机24的定子240安装在底板20上，转子242可围绕定子240旋转，而带动与转子242连接的激光测距模块3转动，同时由于支撑组件22的支撑轴220固定于激光测距模块3中，而起到支撑激光测距模块3的作用，减小了激光测距模块3的旋转阻力。而且支撑组件22、定子240和转子242由内而外同轴设置，可以减小电机24的体积，有利于激光雷达1进一步小型化。
本实施例中，底板20具有安装柱200，安装柱200开设有安装槽202。支撑组件22还包括固接于安装槽202中的轴承222，支撑轴220固接于轴承222的轴孔中。
该支撑轴220固定在轴承222的轴孔中，其具有的旋转阻力小，同时轴承222可以提供稳定、平衡的支撑，可避免激光测距模块3旋转时的晃动。需要说明的是，在其他实施例中，支撑轴220可旋转安装在轴套中，可以通过提高表面光滑度以及润滑的方式减小旋转阻力，同时增加配合的长度而提供稳定的支撑。可以理解的是，其他提供稳定支撑、且旋转阻力小的可旋转支撑结构均在本发明的保护范围内。
本实施例中，轴承222优选为微型滚珠轴承或滑动轴承，可以进一步减小安装尺寸。然而，在其他实施例中，还可以采用其他合适的轴承222。
本实施例中，安装柱200具有台阶面204，定子240围套安装柱200且承载在台阶面204上，而使定子240悬空设置，其底部无需与其他表面接触，对应地，转子242也可以悬空设置，而避免转子242的底部与其他表面接触，而产生旋转阻力。
本实施例中，旋转底座2还包括隔圈25，隔圈25套接在支撑轴220上，且位于轴承222的端面和激光测距模块3之间。该隔圈25可以减小轴承222的端面与激光测距模块3之间的摩擦，同时起到支撑作用。
本实施例中，旋转底座2还包括控制板26，控制板26设于底板20和定子240之间，控制板26与定子240电连接，且通过导线与第二传输组件6电连接。
本实施例中，进一步地，该控制板26上设有电子元气件，且具有第一端口(未标号)和第二端口，第一端口与外部连接，第二端口通过导线与第二传输组件6电连接。进而电源可以从第一端口输入，控制板26为电机24、第二传输组件6供电。同时激光测距模块3获得的数据由第一传输组件5无线传输至第二传输组件6，再经导线传输至控制板26的第二端口，并经第一端口输出至外部。由于该导线连接在第二传输组件6和控制板26之间，会对激光测距模块3发出的激光造成干涉，会牺牲掉小部分角度范围，但并不影响其功能的实现。需要说明的是，在本发明的其他实施例中，该控制板26可以设置在激光雷达1之外，通过外部输入多根导线而连接电机24、第二传输组件6，即可实现电源和数据的传输，有利于减少内置的零部件而减小体积。
针对本发明的旋转底座2，在其他实施例中，旋转底座2可以设置一可旋转的平台，并由电机的转轴直接驱动或通过传动机构驱动该平台转动，例如，在电机的转轴上套设一传动轮，并将传动轮的端部与可旋转的平台连接。因此，可以理解的是，可以为激光测距模块3提供稳定旋转的结构的旋转底座2均在本发明的保护范围内。
本实施例中，激光测距模块3包括安装架30、激光发射器32以及激光接收器34。其中，激光发射器32和激光接收器34间隔设于安装架30上，安装架30的一端设有套接部300，套接部300围套转子242。进一步地，本实施例激光测距模块3优选为单光子激光测距模块，其中，激光接收器34为单光子激光接收器，其采用的测距原理为TOF(Time of Flight)模式，而且激光发射器32和激光接收器34平行设置。然而，在本发明的其他实施例中，激光测距模块3还可以是其他类型的激光测距模块，其也可以采用三角测距原理，其激光发射器32和激光接收器34还可以呈夹角设置。
由于转子242被套接部300所围套，可以减小转子242的体积，同时在支撑轴220的支撑作用下，套接部300和转子242均悬空设置，避免了套接部300和转子242因与其他表面接触而造成摩擦阻力。需要说明的是，在其他实施例中，安装架30的端部与转子242可以采用连接件的连接方式、卡扣连接方式或转子242围套安装架30的端部的连接方式等等，只要不干涉转子242与定子240之间的工作的连接方式均可。
本实施例中，进一步地，套接部300的端部开设有光栅码盘301，控制板26对应设有光电开关260，光栅码盘301与光电开关260配合，用于测速和检测起始位置。由于光栅码盘301开设在套接部300的端部，而集成在安装架30上，提高了激光测距模块3的集成度，减少了零部件，有利于小型化。
本实施例中，支撑轴220通过嵌件注塑与安装架30一体成型而成，即在注塑成型安装架30时将支撑轴220嵌入注塑模具中，而将安装架30与支撑轴220一体成型，可以减少零件的装配。然而，在本发明的其他实施例中，该支撑轴220可以采用治具压装而固定在安装架30中，即通过治具将支撑轴220按压插入安装架30中而实现固定连接。
本实施例中，第一传输组件5包括第一电路板50、第一隔磁片52、第一光发射器(未图示)以及接收线圈54，第一隔磁片52、第一光发射器设于第一电路板50上，接收线圈54设于第一隔磁片52上。第二传输组件6包括第二电路板60、第二隔磁片62、第一光接收器(未图示)以及发射线圈64，第二隔磁片62、第一光接收器设于第二电路板60上，发射线圈64设于第二隔磁片62上。其中，发射线圈64间隔且靠近接收线圈54设置，第一光发射器对应第一光接收器设置。
发射线圈64、接收线圈54间隔设置而实现无线传输电源，而将电源传输至激光测距模块3，为其供电。第一光发射器、第一光接收器对应设置而实现无线传输数据，实现了单通道通信，而将激光测距模块3获得的数据传输出去。
本实施例中，优选地，第一光发射器与第一光接收器始终对齐设置，即第一光发射器位于第一电路板50中心，第一光接收器位于第二电路板60的中心。然而，在其他实施例中，第一光发射器可以通过旋转而与第一光接收器对齐，即第一光发射器和第一光接收器均不在电路板的中心，由于第一光发射器为点光源，其发出的光束呈锥形，而使第一光接收器始终在光束范围内，无论第一光发射器是否旋转，进而实现了持续通信。
需要说明的是，在本发明的其他实施例中，为了实现双向通信，即控制指令可以通过第二传输组件6无线传输至第一传输组件5，更新激光测距模块3的程序，第一传输组件5还包括设于第一电路板50上的第二光接收器，第二传输组件6还包括设于第二电路板60上的第二光发射器，其中，第二光发射器与第二光接收器对应设置，从而实现了双通道通信，即第二光发射器可以将外部数据无线传输至第二光接收器，并传输至激光测距模块3而控制激光测距模块3的工作。可以理解的是，第一电路板50上的第一光发射器、第二光接收器可以均不在第一电路板50的旋转中心，通过旋转而与第一光接收器、第二光发射器对齐。显然这种方式也在本发明的保护范围之内。
综上，本实施例激光雷达1的工作原理如下：
控制板26的第一端口由外界输入电源，控制板26为电机24供电，同时控制板26的第二端口通过导线将电源传输至第二传输组件6，第二传输组件6的发射线圈64将电源无线传输至第一传输组件5的接收线圈54，并经第一传输组件5传输至激光测距模块3，而为激光测距模块3供电，此时，电机24的转子242转动，而带动由支撑组件22的支撑轴220支撑的激光测距模块3的安装架30转动，同时激光测距模块3的激光发射器32发出激光射出透光罩4，并通过旋转而不断扫描周围的环境，激光在物体表面反射，而经过透光罩4而进入激光测距模块3的激光接收器34，并经处理获得环境的数据；
激光测距模块3将获得的数据传输至第一传输组件5，第一传输组件5的第一光发射器通过光传输将数据传输至第二传输组件6的第一光接收器，然后第二传输组件6通过导线将数据传输至控制板26的第二端口，并经第一端口将数据输出至外部。
本发明还提供清洁机器人的一实施例，请参阅图3，一并结合图1和图2，该清洁机器人包括机器人主体10以及设于机器人主体10内的激光雷达1，机器人主体10的至少部分侧面100可透光设置。该激光雷达1的具体结构参照上述实施例，由于本实施例清洁机器人采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此同样具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。需要说明的是，该清洁机器人包括且不限于：扫地机器人、吸尘机器人、拖地机器人和洗地机器人。
此外，由于本实施例清洁机器人的激光雷达1内置化，相对于现有的激光雷达1凸出外置的清洁机器人，本实施例清洁机器人整体高度较低，能够进入很多高度比较低的狭小空间，比如沙发底下、床底下等地方，同时也避免了在进入高度比较低的狭小空间后而被卡住的情况。
本实施例中，激光雷达1发射出的激光穿过机器人主体10的至少部分侧面100形成的扫描范围θ大于等于180°，θ优选为270°，然不限于此。在其他实施例中，θ可以为180°、200°、220°、240°或260°。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (13)

1.一种激光雷达，其特征在于，包括：
旋转底座；
激光测距模块，设置于所述旋转底座上，并可随所述旋转底座旋转，所述激光测距模块包括激光发射器和激光接收器；
透光罩，设于所述旋转底座上，且围罩所述激光测距模块；
顶盖，设于所述透光罩远离所述旋转底座的一端；
第一传输组件，设于所述激光测距模块上，且电连接所述激光测距模块；以及，
第二传输组件，设于所述顶盖的内侧；
其中，所述第一传输组件和第二传输组件之间无线传输电源和数据。
2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述旋转底座包括：
底板；
支撑组件，安装于所述底板上，且具有可旋转的支撑轴，所述支撑轴的一端固定于所述激光测距模块中；
电机，包括定子和转子，所述定子设于所述底板上、且围绕所述支撑组件设置，所述转子围绕所述定子设置、且与所述激光测距模块的端部连接。
3.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，
所述底板具有安装柱，所述安装柱开设有安装槽；
所述支撑组件还包括轴承，所述轴承固接于所述安装槽中，所述支撑轴固接于所述轴承的轴孔中。
4.根据权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，所述安装柱具有台阶面，所述定子围套所述安装柱且承载在所述台阶面上。
5.根据权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，所述旋转底座还包括隔圈，所述隔圈套接在所述支撑轴上，且位于所述轴承的端面和所述激光测距模块之间。
6.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述旋转底座还包括设于所述底板和所述定子之间的控制板，所述控制板与所述定子电连接，且通过导线与所述第二传输组件电连接。
7.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述激光测距模块还包括安装架，所述激光发射器和激光接收器间隔设于所述安装架上，所述安装架的一端设有套接部，所述套接部围套所述转子设置。
8.根据权利要求7所述的激光雷达，其特征在于，所述旋转底座还包括设于所述底板和所述定子之间的控制板，所述控制板设有光电开关；
所述套接部的端部开设有光栅码盘，所述光栅码盘对应所述光电开关设置。
9.根据权利要求7所述的激光雷达，其特征在于，所述支撑轴通过嵌件注塑与所述安装架一体成型而成。
10.根据权利要求1至9任意一项所述的激光雷达，其特征在于，
所述第一传输组件包括第一电路板、第一隔磁片、第一光发射器以及接收线圈，所述第一隔磁片、所述第一光发射器设于所述第一电路板上，所述接收线圈设于所述第一隔磁片上；
所述第二传输组件包括第二电路板、第二隔磁片、第一光接收器以及发射线圈，所述第二隔磁片、所述第一光接收器设于所述第二电路板上，所述发射线圈设于所述第二隔磁片上；
其中，所述发射线圈间隔且靠近所述接收线圈设置，所述第一光发射器对应所述第一光接收器设置。
11.根据权利要求10所述的激光雷达，其特征在于，
所述第一传输组件还包括设于所述第一电路板上的第二光接收器；
所述第二传输组件还包括设于所述第二电路板上的第二光发射器；
其中，所述第二光发射器与所述第二光接收器对应设置。
12.一种清洁机器人，其特征在于，包括机器人主体以及设于所述机器人主体内的激光雷达，所述激光雷达为权利要求1至11中任意一项所述的激光雷达，所述机器人主体的至少部分侧面可透光设置。
13.根据权利要求12所述的清洁机器人，其特征在于，所述激光雷达发射出的激光穿过所述机器人主体的至少部分侧面形成的扫描范围大于等于180°。
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