CN113552592A - 激光雷达传感器及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了激光雷达传感器及其控制方法，在激光雷达传感器中，该驱动电机的整体部分被覆盖在扫描镜的倾斜面下，所述扫描镜具有开放的底面和A形截面。所述驱动电机的旋转轴可以连接到背衬面的底部，所述背衬面形成在所述倾斜面的下方，磁体可以形成在一个或多个的所述背衬面和支承面的底部，所述支承面连接到所述扫描镜的所述倾斜面，以及霍尔传感器可以对应于形成所述磁体的位置，而形成在所述激光雷达传感器的底面上。

Description

激光雷达传感器及其控制方法
相关申请的交叉引用
本申请为申请日为2019年4月19日、申请号为201910316963.5、发明名称为“激光雷达传感器机器控制方法”的分案申请，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及一种激光雷达(光检测和测距)传感器及其控制方法，更具体地，涉及一种通过改变包括旋转镜(或扫描镜)和驱动电机的驱动单元的结构，以使旋转镜旋转，从而减小尺寸的激光雷达传感器，并提供了一种适用于改变的驱动单元结构的旋转镜的旋转检测方法及其控制方法。
背景技术
一般来说，激光雷达传感器是指利用光来测量距离并感测对象的传感器。激光雷达传感器具有与雷达类似的原理。
雷达向外界发射电磁波，并接收电磁波，以检查距离和方向，而激光雷达传感器则发射脉冲激光。也就是说，由于激光雷达传感器使用短波长激光，因此激光雷达传感器能够具有高精度和分辨率，从而以三维方式识别对象。
例如，激光雷达传感器可以安装在车辆保险杠上，并且通过监测车辆前/后区域来感测对象或结构。作为参考，图1示出了安装在车辆前/后保险杠上的激光雷达传感器的视场(field of view，FOV)。
激光雷达传感器通常安装在前保险杠上，需要暴露于外部。当激光雷达传感器安装在诸如车身或玻璃的另一结构中时，传感器的感测性能可能会显著下降。因此，激光雷达传感器应安装在车辆外部。
作为参考，如图2所示，激光雷达传感器包括：发射激光的发射器、接收反射的激光的接收器，以及驱动镜旋转电机的驱动器。此外，激光雷达传感器包括用于保护传感器免受外来物质损害的盖体。该盖体上安装有热线(hot wire)，该热线用于去除附着在盖体表面上的湿气或雪。
然而，由于现有的激光雷达传感器具有比附接到车辆的其他传感器大得多的体积，因此当多个激光雷达传感器附接到自主车辆时，激光雷达传感器的体积可能会成为负担。因此，需要一种能够缩小激光雷达传感器的尺寸的技术。
本发明的现有技术在2018年1月9日公开的题为“激光雷达传感器的光学系统”的韩国专利10-2018-0003238中披露。
发明内容
本发明实施方式涉及一种激光雷达传感器，通过改变包括旋转镜(或扫描镜)和驱动电机的驱动单元的结构，以使旋转镜旋转，从而减小尺寸，并提供了一种适用于改变的驱动单元结构的旋转镜的旋转检测方法及其控制方法。
在一个实施方式中，提供了一种具有驱动电机的激光雷达传感器，该驱动电机的整体部分被覆盖在扫描镜的倾斜面下，所述扫描镜具有开放的底面和A形截面。所述驱动电机的旋转轴可以连接到背衬面的底部，所述背衬面形成在所述倾斜面的下方，磁体可以形成在一个或多个的所述背衬面和支承面的底部，所述支承面连接到所述扫描镜的所述倾斜面，以及霍尔传感器可以对应于形成所述磁体的位置，而形成在所述激光雷达传感器的底面上。
所述扫描镜的所述倾斜面可以相对于所述激光雷达传感器的底面倾斜，所述背衬面的一侧可以水平地连接到所述倾斜面的底部，所述支承面能够以指定的角度连接到所述倾斜面的顶部和所述背衬面的另一侧，并且所述倾斜面、所述背衬面以及所述支承面可以形成所述A形截面。
所述背衬面可以形成在以下高度处：反映包括所述驱动电机的主体高度和所述旋转轴长度的高度的高度处。
所述背衬面可以形成在对应于指定间隙的高度处，使得当所述驱动电机连接到所述背衬面时，所述扫描镜的开放的底面不与附接有所述驱动电机的所述激光雷达传感器的底面接触。
该激光雷达传感器还可以包括：电机驱动单元，被配置为以指定速度使连接到所述驱动电机的所述扫描镜进行旋转；以及控制单元，被配置为基于来自附接所述磁体的参考位置的旋转速度和时间，来计算旋转所述驱动电机或所述扫描镜的角度，并且基于所计算的角度通过对扫描区域和非扫描区域之间进行区分，来控制激光的输出。
当所述计算的角度对应于所述扫描区域时，所述控制单元可以通过输出激光扫描信号来扫描所述激光雷达传感器前方的对象，并且当所述计算的角度对应于所述非扫描区域时，不输出所述激光扫描信号。
在另一实施方式中，激光雷达传感器的控制方法可以包括：通过所述激光雷达传感器的控制单元，来检测指示扫描镜的参考位置的感测信号；当检测到所述感测信号时，通过所述控制单元将当前位置信息重置为所述参考位置；通过所述控制单元以指定速度使所述扫描镜进行旋转，同时执行激光扫描；通过所述控制单元基于来自所述参考位置的旋转速度和时间，来计算所述扫描镜旋转的角度；通过所述控制单元检查所计算的角度是否已经成为指定的扫描角度；通过所述控制单元在以所述指定速度使所述扫描镜进行旋转的同时，连续地执行激光扫描和扫描角度的计算，直到所述计算的角度变为所述指定的扫描角度；以及通过所述控制单元基于所述计算的扫描角度，在扫描区域中执行激光扫描并且结束在非扫描区域中的激光扫描。
所述感测信号可以包括：当霍尔传感器感测到在所述扫描镜底部的一面处形成磁体时而获取的信号。
可以将所述参考位置设置为所述扫描区域的开始位置。当检测到指示所述参考位置的所述感测信号时，所述控制单元立即开始进行激光扫描。
可以将所述参考位置设置为与所述扫描区域的开始位置不同的位置。当检测到指示所述参考位置的所述感测信号时，所述控制单元从所述参考位置计算所述扫描区域的开始位置，并且在所计算的扫描区域的开始位置处开始进行激光扫描。
所述指定的扫描角度可以包括：一个或多个的对应于所述扫描区域的开始位置的角度以及对应于所述扫描区域的结束位置的角度。
附图说明
图1示出了安装在车辆前/后保险杠上的激光雷达传感器的视场(FOV)。
图2示出了现有激光雷达传感器的示意性配置。
图3A和图3B示出了现有镜旋转激光雷达传感器基本操作。
图4A和图4B以对比方式示出了现有镜旋转激光雷达传感器的结构和根据本发明实施方式的镜旋转激光雷达传感器的结构。
图5示出了根据本发明实施方式的镜旋转激光雷达传感器的示意性配置。
图6为根据本发明的实施方式的镜旋转激光雷达传感器的操作方法的流程图。
具体实施方式
如在相应领域中所常见的，一些示例性实施方式可以在附图中以功能块、单元和/或模块的形式示出。本领域的普通技术人员将理解，这些功能块、单元和/或模块由电子(或光学)电路(诸如逻辑电路、分立部件、处理器、硬布线电路、存储器元件、布线连接等)以物理方式实现。当这些功能块、单元和/或模块由处理器或类似硬件实现时，可以使用软件(例如，代码)对它们进行编程和控制，以执行本发明所讨论的各种功能。或者，每个功能块、单元和/或模块可以由专用硬件实现，或者作为执行某些功能的专用硬件和执行其他功能的处理器(例如，一个或多个编程处理器和相关电路)的组合来实现。在不背离本发明构思范围的情况下，一些示例性实施方式的每个功能块、单元和/或模块能够以物理方式分成两个或多个交互的和分立的功能块、单元和/或模块。此外，在不背离本发明构思范围的情况下，一些示例性实施方式的功能块、单元和/或模块能够以物理方式组合成更复杂的功能块、单元和/或模块。
下文将参考附图详细描述根据本发明的实施方式的激光雷达传感器及其控制方法。
应注意的是，附图并不是精确的比例，为便于说明和清楚起见，线条的厚度或部件的尺寸可能会被夸大。此外，这里使用的术语的定义考虑了本发明的功能，并且可以根据用户或使用者的习惯或意图来改变。因此，应根据本发明所披露的全文来定义术语。
图3A和图3B示出了现有镜旋转激光雷达传感器基本操作。
如图3A所示，镜旋转激光雷达传感器可以在激光雷达传感器前方的指定扫描区域(例如，以145度的扫描角度)中执行激光扫描。
如图3B所示，镜旋转激光雷达传感器可以包括：旋转镜(或扫描镜)，耦合到驱动电机顶部；激光发射器，位于旋转镜的顶部，并且可以向旋转镜的倾斜面竖直地发射激光(例如，脉冲型激光)；以及所发射的激光，可以被旋转镜的倾斜面反射并向前输出。
所输出的激光(或所发射的激光)可以通过与激光雷达传感器前面的对象(或检测对象)的碰撞而被反射，并且从该对象(或所接收的激光)反射的激光可以被旋转镜(或扫描镜)的倾斜面向上反射，并且通过旋转镜上方的光接收透镜被激光接收器接收。
图4A和图4B以对比方式示出了现有镜旋转激光雷达传感器的结构和根据本发明实施方式的镜旋转激光雷达传感器的结构。
图4A为现有镜旋转激光雷达传感器的示意性截面图，图4B是根据本发明实施方式的镜旋转激光雷达传感器的示意性截面图。
参考图4A，现有镜旋转激光雷达传感器可以包括连接到驱动电机102顶部的旋转镜(或扫描镜)101。该旋转镜可具有直角三角形的形状，其所有边均闭合，并且一侧是倾斜的。
编码器104可以附接到旋转轴，该旋转轴连接驱动电机102和旋转镜101，并且编码器检测器103可以附接到编码器104的端部，并且用于使用编码器104中形成的孔来检测编码器104的旋转。
因此，由于现有镜旋转激光雷达传感器需要反射驱动电机102、编码器104、编码器检测器103以及旋转镜101的所有高度和体积，因此不可避免地增加了激光雷达传感器的整个高度和体积。
参考图4B，根据本发明实施方式的镜旋转激光雷达传感器可以包括：旋转镜(或扫描镜)201，具有开放的底面和A形截面；驱动电机202，位于旋转镜201中并且被旋转镜201覆盖；以及杆(bar)(或背衬面)205，与驱动电机202的旋转轴的顶部连接。旋转镜201可以包括：相对于激光雷达传感器的底面倾斜的一面；背衬面，该背衬面的一侧在水平方向上连接到倾斜面，以连接到驱动电机的旋转轴；以及支承面，该支承面连接到倾斜面的顶部和背衬面的另一侧，并以指定的角度(例如，直角)形成。因此，倾斜面、背衬面以及支承面可以形成A形截面。
此时，旋转镜201可以不限于A形截面结构，而是仅具有倾斜面的结构。在这种仅具有倾斜面的结构中，驱动电机202可以被覆盖在倾斜面下。
更具体地，驱动电机202可以通过旋转镜201的开放的底面连接到形成在其中的杆(或支承面)205。杆205基本上可以用作将驱动电机202连接到旋转镜201内部的连接部分。
通过反映驱动电机202的高度(即，包括驱动电机主体高度和旋转轴长度的高度)，可以将形成杆205处的高度设置为更大或更小的高度。
然而，当驱动电机202和杆205彼此连接时，旋转镜201的开放的底面可以与激光雷达传感器的底面稍微分离，使得旋转镜201的开放的底面不与激光雷达传感器的底面(即，附接有驱动电机202的表面)接触。
此外，磁体204可形成在或附接到旋转镜201的竖直面的底部内侧，并且霍尔传感器203可以对应于形成或附接磁体204的位置，而形成在附接有驱动电机的激光雷达传感器的底面上。
然而，形成磁体204和霍尔传感器203的位置可以根据旋转镜201的形状而改变。
当旋转镜201不具有竖直面或仅具有倾斜面时，磁体204可形成在倾斜面或杆205的底部内侧。因此，霍尔传感器203的位置也可以改变。
因此，由于根据本发明实施方式的镜旋转激光雷达传感器可以仅反射旋转镜201的高度，因此与现有激光雷达传感器相比，可以减小激光雷达传感器的整体体积。
在本实施方式中，可以通过使磁体204和霍尔传感器203代替编码器104和编码器检测器103，来检测旋转镜201或驱动电机202的旋转。因此，根据本实施方式的镜旋转激光雷达传感器需要以与现有镜旋转激光雷达传感器不同的方式来执行激光扫描。
参考图5和图6描述了镜旋转激光雷达传感器的示意性配置，其中驱动单元的结构(即驱动电机、旋转镜和旋转传感器的连接结构)发生变化，并且描述了适用于该配置的镜旋转激光雷达传感器的操作方法。
图5示出了根据本发明实施方式的镜旋转激光雷达传感器的示意性配置。
如图5所示，根据本发明实施方式的镜旋转激光雷达传感器可以包括传感器单元210、电机驱动单元220和控制单元230。
传感器单元210可包括霍尔传感器203，用于感测附接到旋转镜(或扫描镜)201的磁体204。
在一个实施方式中，可以根据检测位置(例如，扫描区域的开始位置和结束位置)而附接多个磁体204。
电机驱动单元220可根据控制单元230的控制，以指定速度使连接到驱动电机202的旋转镜201进行旋转。
通过以指定速度旋转驱动电机202，控制单元230可以基于来自附接磁体的参考位置的旋转速度和时间，来计算对驱动电机202或旋转镜201进行旋转的角度。
通过计算驱动电机202或旋转镜201旋转的角度，控制单元230可以对扫描区域和非扫描区域之间进行区分，并且确定是否输出激光。扫描区域可以指示通过向激光雷达传感器的前方输出激光扫描信号，来用于扫描对象的区域，而非扫描区域可以指示在激光雷达传感器的后方没有输出激光扫描信号的区域。
图6为根据本发明的实施方式的镜旋转激光雷达传感器的操作方法的流程图。
参照图6，在步骤S101中，控制单元230可以检查是否检测到霍尔传感器的感测信号。
当检测到霍尔传感器的感测信号时(步骤S101中的“是”)，控制单元230可以在步骤S102中重置扫描镜或驱动电机的位置信息。例如，控制单元230可以将对应于参考位置的旋转角度设置为0度。
也就是说，当检测到霍尔传感器的感测信号时，控制单元230可以确定扫描镜或驱动电机处于参考位置(例如，扫描区域的开始位置)。
在步骤S103中，控制单元230能够以指定速度使扫描镜或驱动电机旋转，同时执行激光扫描。
例如，当参考位置被设置为扫描区域的开始位置时，控制单元230可以立即开始进行激光扫描。另一方面，当参考位置被设置为与扫描区域的开始位置不对应的另一位置时，控制单元230可以在从参考位置计算的扫描区域的开始位置处开始进行激光扫描。
此外，在步骤S104中，控制单元230可以基于旋转角被设置为0度的参考位置的旋转速度和时间，来计算驱动电机202或旋转镜(或扫描镜)201旋转的角度(或扫描角度)。
在步骤S105中，控制单元230可以检查所计算的角度是否已经成为指定的扫描角度，即对应于扫描区域的结束位置的角度。
在步骤S103至S105中，在所计算的角度成为与扫描区域的结束位置对应的指定扫描角度之前(步骤S105中的“否”)，控制单元230能够以指定速度使扫描镜或驱动电机旋转，同时连续地执行激光扫描并计算扫描角度。
然后，在步骤S106中，当计算出的角度成为与扫描区域的结束位置相对应的指定扫描角度时(步骤S105中的“是”)，控制单元230可以确定当前区域为非扫描区域，连续地旋转扫描镜201，并且结束激光扫描。
也就是说，当激光雷达传感器以360度使扫描镜201旋转时，可以重复扫描区域和非扫描区域。因此，在非扫描区域中，控制单元230可以连续地旋转扫描镜201，但不执行激光扫描。
在步骤S107中，控制单元230从参考位置计算扫描区域和非扫描区域，并且重复地开始和结束激光扫描的处理，直到激光雷达传感器的操作结束。此时，控制单元230可以基于电机的时间和旋转速度来计算旋转角度，并且基于旋转角度来计算扫描区域和非扫描区域。
如上所述，本实施方式能够通过改变包括旋转镜(或扫描镜)和驱动电机的驱动单元的结构，来减小激光雷达传感器的尺寸，以使旋转镜旋转，并且提供适用于该驱动单元结构的旋转镜的旋转检测方法。
虽然已披露本发明的优选实施方式以用于说明目的，但是本领域的技术人员将理解，在不背离所附权利要求中限定的本发明的范围和精神的情况下，可以进行各种修改、添加和替换。

Claims (20)

1.一种激光雷达传感器的控制方法，所述方法包括以下步骤：
由所述激光雷达传感器的控制器获得通过一个或多个磁体以及霍尔传感器产生的感测信号，一个或多个所述磁体形成在具有开放的底面的扫描镜的倾斜面、连接到所述倾斜面的背衬面以及连接到所述背衬面的另一侧的支承面中的一者处或多者处，并且所述霍尔传感器与所述磁体的位置相关联地形成在所述激光雷达传感器的底面上；
当获得所述感测信号时，由所述控制器将所述扫描镜的位置信息初始化为参考位置；
在以指定速度使所述扫描镜进行旋转的同时由所述控制器执行激光扫描；
由所述控制器计算所述扫描镜从所述参考位置旋转的角度；以及
当所计算的所述扫描镜旋转的角度达到预定扫描角度时，在使所述扫描镜连续旋转的同时由所述控制器结束所述激光扫描。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，计算所述角度包括：
基于根据一个或多个所述磁体的所述参考位置、所述指定速度以及时间中的一项或多项来计算所述扫描镜旋转的角度。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，执行所述激光扫描包括：
当所述参考位置被设置为扫描区域的开始位置时，立即开始所述激光扫描；
当所述参考位置被设置为与所述扫描区域的开始位置不同的位置时，从所述参考位置计算所述扫描区域的开始位置；以及
从所计算的开始位置开始所述激光扫描。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定扫描角度包括：与扫描区域的结束位置对应的角度，并且
其中，结束所述激光扫描包括：
当所计算的所述扫描镜旋转的角度达到所述预定扫描角度时，由所述控制器将当前区域确定为非扫描区域。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：
由所述控制器连续地执行所述激光扫描并且计算所述扫描镜旋转的角度，同时以所述指定速度是使所述扫描镜旋转直到所计算的所述扫描镜旋转的角度达到所述预定扫描角度。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括：
由所述控制器根据所述参考位置、所计算的所述扫描镜旋转的角度以及所述预定扫描角度中的一项或多项来计算扫描区域和非扫描区域；并且
重复在所述扫描区域中执行所述激光扫描和在所述非扫描区域中结束所述激光扫描，直到所述激光雷达传感器的操作结束。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述感测信号包括：当所述霍尔传感器感测到一个或多个所述磁体时获得的信号。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述扫描镜的所述倾斜面相对于所述激光雷达传感器的底面倾斜，
其中，所述背衬面的一侧水平地连接到所述倾斜面的底部，
其中，所述支承面以指定角度连接到所述倾斜面的顶部和所述背衬面的另一侧，并且
其中，所述倾斜面、所述背衬面以及所述支承面形成A形截面。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述背衬面布置在反映包括驱动电机的主体的高度和旋转轴的长度的高度的高度处，所述驱动电机的主体被覆盖所述扫描镜的所述倾斜面下。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述背衬面布置在对应于指定间隙的高度处，使得当所述驱动电机连接到所述背衬面时，所述扫描镜的开放的底面不与附接有所述驱动电机的所述激光雷达传感器的所述底面接触。
11.一种激光雷达传感器，包括：
扫描镜，具有开放的底面并且包括倾斜面；
背衬面，连接到所述倾斜面；
支承面，连接到所述背衬面的另一侧；
一个或多个磁体，形成在所述倾斜面、所述背衬面和所述支承面中的一者或多者上；
霍尔传感器，与所述磁体的位置相关联地形成在所述激光雷达传感器的底面上；
驱动电机，连接到所述背衬面并且被覆盖在所述扫描镜的所述倾斜面下；以及
控制器，被配置为：
获得通过一个或多个所述磁体和所述霍尔传感器产生的感测信号；
通过所述驱动电机以指定速度旋转所述扫描镜；并且
与所述扫描镜旋转的角度相关联地执行或结束激光扫描。
12.根据权利要求11所述的激光雷达传感器，其中，当获得所述感测信号时，所述控制器将所述扫描镜的位置信息初始化为参考位置，并且基于根据一个或多个所述磁体的所述参考位置、所述指定速度和时间中的一项或多项来计算所述扫描镜旋转的角度。
13.根据权利要求11所述的激光雷达传感器，其中，当参考位置被设置为扫描区域的开始位置时，所述控制器立即开始所述激光扫描，当所述参考位置被设置为与所述扫描区域的所述开始位置不同的位置时，从所述参考位置计算所述扫描区域的开始位置，并且从所计算的开始位置开始所述激光扫描。
14.根据权利要求12所述的激光雷达传感器，其中，所述控制器连续地执行所述激光扫描以及所述扫描镜旋转的角度的计算，同时以所述指定速度使所述扫描镜旋转直到所计算的所述扫描镜旋转的角度达到预定扫描角度，并且当所计算的所述扫描镜旋转的角度达到所述预定扫描角度时，在连续旋转所述扫描镜的同时结束所述激光扫描。
15.根据权利要求12所述的激光雷达传感器，其中，所述控制器根据所述参考位置、所计算的所述扫描镜旋转的角度和预定扫描角度中的一者或多者来计算扫描区域和非扫描区域，并且重复在所述扫描区域中执行所述激光扫描和在所述非扫描区域中结束所述激光扫描，直到所述激光雷达传感器的操作结束。
16.根据权利要求11所述的激光雷达传感器，其中，所述感测信号包括：当所述霍尔传感器感测到一个或多个所述磁体时获得的信号。
17.根据权利要求11所述的激光雷达传感器，其中，所述扫描镜的所述倾斜面相对于所述激光雷达传感器的所述底面倾斜，
其中，所述背衬面的一侧水平地连接到所述倾斜面的底部，
其中，所述支承面以指定角度连接到所述倾斜面的顶部和所述背衬面的另一侧，并且
其中，所述倾斜面、所述背衬面和所述支承面形成A形截面。
18.根据权利要求11所述的激光雷达传感器，其中，所述背衬面布置在：反映包括所述驱动电机的主体的高度和旋转轴的长度的高度的高度处。
19.根据权利要求18所述的激光雷达传感器，其中，所述背衬面布置在对应于指定间隙的高度处，使得当所述驱动电机连接到所述背衬面时，所述扫描镜的开放的底面不与附接有所述驱动电机的所述激光雷达传感器的所述底面接触。
20.根据权利要求11所述的激光雷达传感器，其中，所述驱动电机以所述驱动电机的整体部分被覆盖在所述倾斜面、所述支承面和所述背衬面下的形式而定位。
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