CN114755698A - 激光雷达和机器人 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种激光雷达和机器人。该激光雷达中包括旋转装置、雷达装置、保护装置和连接装置。其中，旋转装置与雷达装置通过连接装置连接。该旋转装置用于控制雷达装置旋转，并获取雷达装置的转角和转速。其中，保护装置设置于雷达装置外部，与连接装置固定连接，用于保护雷达装置。当雷达装置开启时，该雷达装置可以用于采集距离数据，并根据距离数据生成点云数据。本申请的方法，实现多平面的点云数据采集，提高雷达装置的使用寿命。

Description

激光雷达和机器人

技术领域

本申请涉及图像处理领域，尤其涉及一种激光雷达和机器人。

背景技术

即时定位与地图构建（Simultaneous Localization and Mapping，SLAM）技术是一种被广泛应用的建图技术。SLAM技术由于其高效的环境识别及智能分析能力，被广泛应用于无人控制领域。

目前，SLAM技术的建图，大多基于高分辨率的激光雷达实现。激光雷达可以通过扫描得到高分辨率的点云数据。进而，基于该点云数据，服务器可以通过SLAM技术，实现场景建图。

然而，目前的激光雷达通常只能基于单平面采集点云数据，进而导致服务器无法通过SLMA技术实现立体的场景建图。

发明内容

本申请提供一种激光雷达和机器人，可以实现多平面的点云数据采集，从而辅助服务器实现立体场景的建图。

第一方面，本申请提供一种激光雷达，包括：旋转装置、雷达装置、保护装置和连接装置；

所述旋转装置与所述雷达装置通过连接装置连接，所述旋转装置用于控制所述雷达装置旋转，并获取所述雷达装置的转角和转速；

所述保护装置设置于所述雷达装置外部，与所述连接装置固定连接，用于保护所述雷达装置；

所述雷达装置用于采集距离数据，并根据所述距离数据生成点云数据。

可选地，所述保护装置，具体包括：第一保护罩和第二保护罩；

所述第二保护罩设置于第一保护罩外部；

当所述雷达装置开启时，所述第二保护罩打开。

可选地，所述激光雷达，还包括：清洗装置；

所述清洗装置设置于所述第一保护罩和所述第二保护罩之间；

当所述清洗装置启动时，所述第二保护罩关闭。

可选地，所述激光雷达还设有通信装置，所述通信装置用于：

将所述雷达装置采集的所述点云数据上传到服务器；

将所述旋转装置获取的所述转角和所述转速上传到所述服务器。

可选地，所述旋转装置，具体包括：水平旋转模块和垂直旋转模块；

所述水平旋转模块用于控制所述连接装置带动所述雷达装置水平旋转；

所述垂直旋转模块用于控制所述连接装置带动所述雷达装置前后旋转。

可选地，所述连接装置，具体包括：转轴、支架和底座；

所述转轴的底端固定于所述支架的第一固定位；所述垂直旋转模块通过所述第一固定位与所述转轴连接，用于控制所述雷达装置以所述第一固定位为圆心，前后转动；

所述支架固定于所述底座的第二固定位；所述水平旋转模块通过所述第二固定位与所述支架连接，用于控制所述支架以及设置于所述支架上的其他组件以所述第二固定位为圆心，水平旋转。

可选地，所述连接装置，还包括：连接杆；

所述连接杆设置于所述底座下方；所述底座通过在所述连接杆的第一孔位打入螺钉，将所述底座固定于所述连接杆上；所述连接杆通过在第二孔位打入螺钉，将所述连接杆固定于机器人上。

可选地，所述激光雷达，还包括：限位开关；

所述限位开关固定于所述底座上，所述限位开关在所述支架旋转360时触发。

第二方面，本申请提供一种机器人，包括：所述机器人上设置有如第一方面及第一方面任一种可能的设计中的激光雷达。

可选地，所述机器人，还包括：转轮和控制器；

所述控制器用于控制所述机器人的转轮，以使所述机器人按照预设轨迹行驶。

本申请提供的激光雷达，激光雷达中包括旋转装置、雷达装置、保护装置和连接装置。其中，旋转装置与雷达装置通过连接装置连接；该旋转装置用于控制雷达装置旋转，并获取雷达装置的转角和转速；其中，保护装置设置于雷达装置外部，与连接装置固定连接，用于保护雷达装置；当雷达装置开启时，该雷达装置可以用于采集距离数据，并根据距离数据生成点云数据，实现多平面的点云数据采集，从而辅助服务器实现立体场景的建图，避免雷达装置在数据采集过程中被障碍物碰撞，导致雷达装置位置偏移或者损坏，从而提高雷达装置的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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获得其他的附图。

图1为本申请一实施例提供的一种激光雷达的结构示意图；

图2为本申请一实施例提供的一种激光雷达的结构示意图；

图3为本申请一实施例提供的一种激光雷达的侧视图；

图4为本申请一实施例提供的一种激光雷达的顶视图；

图5为本申请一实施例提供的一种机器人的结构示意图。

附图标记：

10：激光雷达；

11：旋转装置；

111：水平旋转模块；112：垂直旋转模块；

12：雷达装置；

13：保护装置；

131：第一保护罩；132：第二保护罩；133：保护罩转轴；

14：连接装置；

141：转轴；142：支架；143：底座；145：第一固定位；146：第二固定位；147：转盘；

1441：第一孔位；1442：第二孔位；

15：清洗装置；16：限位开关；17：通信装置；

20：机器人；21：转轮；22：控制器。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请中的附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换。例如，在不脱离本文范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。

应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。

此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

即时定位与地图构建（Simultaneous Localization and Mapping，SLAM）技术是一种被广泛应用的建图技术。SLAM技术由于其高效的环境识别及智能分析能力，被广泛应用于各行各业。尤其是在无人控制领域，该SLAM技术被广泛的应用于地图的构建。在使用SLAM技术完成地图的构建后，服务器可以根据该地图实现智能化的高效控制，将人从简单重复的动作中解放出来。例如，在汽车领域，该SLAM技术可以被应用于固定的停车场地图构建。当完成停车场地图构建后，服务器可以利用该地图，实现智能停车引导、自动泊车、车辆召唤等多种服务。又如，在工业领域，该SLAM技术可以被应用于仓库地图的构建。当完成仓库地图的构建后，服务器可以利用该地图，实现搬运机器人的搬运轨迹规划。又如，在餐饮等服务领域，该SLAM技术可以被应用于餐厅地图的构建。当完成餐厅地图的构建后，服务器可以利用该地图，规划机器人送餐、引导、搬运等服务的行驶轨迹。

SLAM技术的建图，大多基于高分辨率的激光雷达实现。激光雷达可以通过扫描得到高分辨率的点云数据。激光雷达可以将该点云数据输出到服务器。服务器可以根据该点云数据，通过SLAM技术，实现场景建图。目前，使用较多的激光雷达为单线激光雷达。该单线激光雷达通常被固定放置在机器人上。该单线激光雷达可以通过机器人的行驶，获取当前场景在一定范围内的点云数据。该单线激光雷达通常只能采集得到单平面的点云数据。进而，服务器根据该点云数据生成的地图同样为单平面地图。进而导致服务器无法通过SLMA技术实现立体的场景建图。然而，实际的应用场景通常为三维空间的立体图像。并且，在无人控制过程中，根据立体图像规划行驶轨迹可以更好的提高被控设备的效率。

针对上述情况，本申请提出了一种激光雷达和机器人。该激光雷达安装于机器人前端，在机器人行驶过程中，该激光雷达可以采集当前场景的点云数据。该激光雷达可以将该点云数据发送到服务器，以使服务器构建基于SLAM的立体形态的地图。该激光雷达融合了旋转装置与雷达装置。其中，旋转装置与雷达装置通过连接装置连接。旋转装置用于控制雷达装置旋转，并获取雷达装置的转角和转速。通过该旋转装置，该激光雷达的雷达装置可以实现水平方向360度的旋转，以及前后90度的旋转。该雷达装置的旋转，可以实现多平面点云数据的获取，实现立体地图的构建。

此外，该激光雷达中还可以包括保护装置。该保护装置设置于雷达装置外部，与连接装置固定连接。该保护装置用于保护雷达装置免受障碍物的碰撞，提高该雷达装置的寿命。该激光雷达中还可以包括清洗装置。当在视野内存在杂物遮挡时，激光雷达发出警告。当激光雷达确定该杂物在保护装置表面时，该清洗装置可以自行启动，并执行清洗。

本申请所使用的激光雷达可以设置于车辆内部，实现对车辆内部的活体检测。或者，本申请所使用的激光雷达还可以设置于机器人前端，用于根据机器人的形式路线，获取点云数据，从而实现三维场景的构建。本申请中该激光雷达的使用，可以实现建筑智能化，且单套设备成本较低，可以促进机器人现代化的快速发展。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

图1示出了本申请一实施例提供的一种激光雷达的结构示意图。如图1所示，本实施例的激光雷达10，包括旋转装置11、雷达装置12、保护装置13和连接装置14。

本实施例中，保护装置13可以如图1所示，设置于雷达装置12外部。其中，雷达装置12可以如图2所示。该保护装置13通过保护罩转轴133固定连接到连接装置14。该保护装置13用于保护雷达装置12，避免该雷达装置12触碰到障碍物，进而导致雷达装置12损坏。该保护装置13的设置可以有效提高雷达装置12的使用寿命。

一种示例中，该保护装置13具体可以包括第一保护罩131和第二保护罩132。其中，第二保护罩132设置于第一保护罩131外部。该第一保护罩131可以通过保护罩转轴133固定于连接装置14上。该第一保护罩131的材质为不会对雷达装置12的信号产生遮挡的材质。该第一保护罩131的设置，用于保护雷达装置12免受其他物品的碰撞。该第二保护罩132可以通过保护罩转轴133固定于连接装置14上。该第二保护罩132可以为任意材质。当雷达装置12开启时，第二保护罩132打开，以使该雷达装置12不被第二保护罩132遮挡。在该第二保护罩132打开过程中，该第二保护罩132可以以该保护罩转轴133为轴心，向后转动一定角度。如图1所示，为第二保护罩132一种打开状态。当该第二保护罩132关闭时，该第二保护罩132的下边界将与第一保护罩131的下边界齐平。

一种示例中，该激光雷达10中还可以包括清洗装置15。该清洗装置15可以包括一根一端为喷水口的导管，该导管可以如图5所示。可选地，该清洗装置15可以设置于第一保护罩131内部。当雷达装置12表面存在灰尘、污渍等遮挡物时，可以通过使用该清洗装置15喷出清洗液，实现该雷达装置12的清洗。可选地，该清洗装置15还可以设置于第一保护罩131和第二保护罩132之间。当第一保护罩131上存在灰尘、污渍等遮挡物时，可以通过使用该清洗装置15喷出清洗液，实现该第一保护罩131的清洗。在清洗装置15启动时，该第二保护罩132将关闭，从而避免清洗液伤害其他线管。可选地，该清洗装置15的导管的另一端可以与一个水箱和出水装置连接。该出水装置启动时，该水箱中的水将通过该导管从喷水口喷出。可选地，该清洗装置15的导管的另一端还可以设置有一个转动装置，该转动装置用于在该清洗装置15启动期间，控制该导管转动，以使清洗液可以清洗到整个第一保护罩131的表面。

本实施例中，旋转装置11用于控制雷达装置12旋转。该旋转装置11与雷达装置12通过连接装置14连接。该旋转装置11可以通过该连接装置14，控制雷达装置12旋转，并在雷达装置12旋转过程中获取雷达装置12的转角和转速。

一种示例中，该旋转装置11可以如图3所示，具体包括水平旋转模块111和垂直旋转模块112。其中，水平旋转模块111设置于连接装置14的底面，用于控制连接装置14带动雷达装置12水平旋转。其中，垂直旋转模块112设置于连接装置14的侧面，用于控制连接装置14带动雷达装置12前后旋转。

一种示例中，该连接装置14可以如图3所示，具体包括：转轴141、支架142和底座143。其中，支架142包括一块平行于底座143的底板和四块垂直于底板的竖板。该支架142的构造可以通过焊接得到。或者，该支架142的构造可以通过一体成型得到。该支架142中高度较低的两块竖板设置于底板的两侧。该两块竖板可以通过保护罩转轴133将保护装置13固定于雷达装置12外侧。该支架142中高度较高的两块竖板设置于底板中心的两侧，且与高度较低的两块竖板平行。

该高度较高的两块竖板上设置有第一固定位145。该第一固定位145包括在两块竖板上对应设置的两个点位。该两个点位之间可以设置有一根传动轴。该传动轴的一端固定于一块竖板的第一固定位145。该传动轴的轴身穿过转轴141的底端。该传动轴的另一端穿过另一块竖板的第一固定位145，与垂直旋转模块112连接。该垂直旋转模块112可以通过控制传动轴旋转，控制转轴141旋转，从而带动固定于转轴141另一端的雷达装置12前后转动。在该雷达装置12前后转动过程中，以第一固定位145为圆心。在该雷达装置12前后转动过程中，垂直旋转模块112可以通过获取传动轴的转动角度和转动速度，计算得到雷达装置12的转角和转速。

该支架142底部还可以设置有转盘147。该转盘147的顶端与支架142连接。该转盘147的底端与底座143连接，且可以在底座143上以第二固定位146为圆心水平旋转。其中，第二固定位146可以如图2所示。该转盘147与水平旋转模块111之间设置有传动轴。该传动轴的顶端通过第二固定位146与装盘连接。该传动轴的底端与水平旋转模块111连接。该水平旋转模块111可以通过该传动轴控制转盘147以第二固定位146为圆心水平转动，从而带动固定于其上的雷达装置12水平转动。在该雷达转置12水平转动过程中，水平旋转模块111可以通过获取传动轴的转动角度和转动速度，计算得到雷达装置12的转角和转速。

一种示例中，该连接装置14中还包括连接杆144。该连接杆144设置于底座143下方。如图4所示，该底座143下可以设置有四个连接杆144。该四个连接杆144分别设置于底座143的四角位置。每一连接杆144上设置有第一孔位1441和第二孔位1442两种固定孔。其中，第一孔位1441通常与底座143上的固定孔位对应，用于将该连接杆144固定到底座143上。为了增加容错度和可调节性，该底座143上的固定孔可以为腰型孔。用户可以在安装时根据实际需要调整连接杆的位置。其中，第二孔位1442通常与机器人20上的固定孔位对应，用于将该连接杆144固定到机器人上，使机器人可以带着整个激光雷达10移动。为了增加容错度和可调节性，该连接杆144上的第二孔位1442可以为腰型孔。用户可以在安装时根据实际需要调整紧固螺栓的位置，从而满足不同形状机器人上的固定需求。其中，第一孔位1441和第二孔位1442均可以使用紧固螺栓和紧固螺母，实现该连接杆144与底座143和机器人20之间的固定。

一种示例中，该激光雷达10中还包括限位开关16。该限位开关16固定于底座143上。该限位开关16的第一开关片与支架142中的一块高度竖板上的第二开关片对应。当该限位开关16的第一开关片与支架142中的第二开关片接触时，该限位开关16确定该支架142旋转360度。此时，该限位开关16被触发，该水平旋转模块111将控制该支架142回转，以开启下一次360度点云数据的获取。该第二开关片设置于该支架142的保护罩转轴133上方。

本实施例中，该激光雷达10中的雷达装置12在开启时，可以向外发送雷达信号。当该雷达信号接触到环境中的障碍物时，该雷达信号将被反射。该反射后的雷达信号将被雷达装置12接收。该雷达装置12可以根据发射信号的时间与接收到反射信号的时间，确定障碍物的距离，即采集得到距离数据。该雷达装置12还可以根据该距离数据生成点云数据。

一种示例中，该激光雷达10中还包括通信装置17。该通信装置17用于将雷达装置12采集的点云数据上传到服务器。以及，该通信装置17还将旋转装置11获取的转角和转速上传到服务器。

本申请提供的激光雷达中包括旋转装置、雷达装置、保护装置和连接装置14。其中，旋转装置与雷达装置通过连接装置14连接。该旋转装置用于控制雷达装置旋转，并获取雷达装置的转角和转速。其中，保护装置设置于雷达装置外部，与连接装置14固定连接，用于保护雷达装置。当雷达装置开启时，该雷达装置可以用于采集距离数据，并根据距离数据生成点云数据。本申请中，通过使用旋转装置，使雷达装置采集的点云数据不在局限于单平面，实现多平面的点云数据采集，从而辅助服务器实现立体场景的建图。同时，本申请中，还通过使用保护装置，实现了雷达装置的保护，避免雷达装置在数据采集过程中被障碍物碰撞，导致雷达装置位置偏移或者损坏，从而提高雷达装置的使用寿命。

图5示出了本申请一实施例提供的一种机器人的结构示意图，在图1至图4所示实施例的基础上，如图5所示，本实施例的机器人20包括：激光雷达10、转轮21和控制器22。

其中，激光雷达10可以为如图1至图4中任一实施例所示的激光雷达。

该机器人20上还可以设置有转轮21和控制器22。其中，该机器人20的四个转轮21可以如图5所示。该机器人20中还可以包括车板23。该车板23的四个角分别安装有是个转轮21。激光雷达安装在该车板23的前部。该激光雷达10中的连接杆144的第二孔位1442与该车板23上的固定孔对应。该激光雷达10通过该连接杆144和紧固螺栓和紧固螺母，固定于该车板23上。其中，控制器22可以固定于该车板23的背面。该控制器22可以通过导线与四个转轮21连接。该控制器22用于控制机器人20的转轮21，以使机器人20按照预设轨迹行驶。

本申请实施例提供的机器人20，可执行上述方法实施例，其具体实现原理和技术效果，可参见上述方法实施例，本实施例此处不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种激光雷达，其特征在于，所述激光雷达，包括：旋转装置、雷达装置、保护装置和连接装置；

所述旋转装置与所述雷达装置通过连接装置连接，所述旋转装置用于控制所述雷达装置旋转，并获取所述雷达装置的转角和转速；

所述保护装置设置于所述雷达装置外部，与所述连接装置固定连接，用于保护所述雷达装置；

所述雷达装置用于采集距离数据，并根据所述距离数据生成点云数据。

2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述保护装置，具体包括：第一保护罩和第二保护罩；

所述第二保护罩设置于第一保护罩外部；

当所述雷达装置开启时，所述第二保护罩打开。

3.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达，还包括：清洗装置；

所述清洗装置设置于所述第一保护罩和所述第二保护罩之间；

当所述清洗装置启动时，所述第二保护罩关闭。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括：通信装置；

所述通信装置用于将所述雷达装置采集的所述点云数据上传到服务器；以及，将所述旋转装置获取的所述转角和所述转速上传到所述服务器。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述旋转装置，具体包括：水平旋转模块和垂直旋转模块；

所述水平旋转模块用于控制所述连接装置带动所述雷达装置水平旋转；

所述垂直旋转模块用于控制所述连接装置带动所述雷达装置前后旋转。

6.根据权利要求5所述的激光雷达，其特征在于，所述连接装置，具体包括：转轴、支架和底座；

所述转轴的底端固定于所述支架的第一固定位；所述垂直旋转模块通过所述第一固定位与所述转轴连接，用于控制所述雷达装置以所述第一固定位为圆心，前后转动；

所述支架固定于所述底座的第二固定位；所述水平旋转模块通过所述第二固定位与所述支架连接，用于控制所述支架以及设置于所述支架上的其他组件以所述第二固定位为圆心，水平旋转。

7.根据权利要求6所述的激光雷达，其特征在于，所述连接装置，还包括：连接杆；

所述连接杆设置于所述底座下方；所述底座通过在所述连接杆的第一孔位打入螺钉，将所述底座固定于所述连接杆上；所述连接杆通过在第二孔位打入螺钉，将所述连接杆固定于机器人上。

8.根据权利要求6所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达，还包括：限位开关；

所述限位开关固定于所述底座上，所述限位开关在所述支架旋转360度时触发。

9.一种机器人，其特征在于，所述机器人上设置有如权利要求1-8中任一项所述的激光雷达。

10.根据权利要求9所述的机器人，其特征在于，所述机器人，还包括：转轮和控制器；

所述控制器用于控制所述机器人的转轮，以使所述机器人按照预设轨迹行驶。

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