CN115291189A - 扫描机构、激光雷达及清洁设备 - Google Patents

扫描机构、激光雷达及清洁设备 Download PDF

Info

Publication number
CN115291189A
CN115291189A CN202210849082.1A CN202210849082A CN115291189A CN 115291189 A CN115291189 A CN 115291189A CN 202210849082 A CN202210849082 A CN 202210849082A CN 115291189 A CN115291189 A CN 115291189A
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
light
scanning
angle
scanning mechanism
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210849082.1A
Other languages
English (en)
Inventor
杨勇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen 3irobotix Co Ltd
Original Assignee
Shenzhen 3irobotix Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen 3irobotix Co Ltd filed Critical Shenzhen 3irobotix Co Ltd
Priority to CN202210849082.1A priority Critical patent/CN115291189A/zh
Publication of CN115291189A publication Critical patent/CN115291189A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4817—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements relating to scanning
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L—DOMESTIC WASHING OR CLEANING; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L11/00—Machines for cleaning floors, carpets, furniture, walls, or wall coverings
    • A47L11/24—Floor-sweeping machines, motor-driven
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L—DOMESTIC WASHING OR CLEANING; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L11/00—Machines for cleaning floors, carpets, furniture, walls, or wall coverings
    • A47L11/28—Floor-scrubbing machines, motor-driven
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L—DOMESTIC WASHING OR CLEANING; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L11/00—Machines for cleaning floors, carpets, furniture, walls, or wall coverings
    • A47L11/40—Parts or details of machines not provided for in groups A47L11/02 - A47L11/38, or not restricted to one of these groups, e.g. handles, arrangements of switches, skirts, buffers, levers
    • A47L11/4002—Installations of electric equipment
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4814—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L—DOMESTIC WASHING OR CLEANING; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L2201/00—Robotic cleaning machines, i.e. with automatic control of the travelling movement or the cleaning operation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明公开一种扫描机构、激光雷达以及清洁设备，其中，该扫描机构应用于激光雷达，扫描机构包括一发射模组和一反射镜模组，二者相对转动设置，发射模组朝向第一方向发光，反射镜模组设于发射模组的出光路径上，并包括互呈夹角的多个反射面，一反射面对应一扫描线束，多个反射面绕不同于第一方向的第二方向旋转，并将探测光束反射至不同的方向，以形成多个扫面线束，每一反射面均与第二方向呈夹角设置，使得反射镜模组只需要绕单轴进行转动，减少发射模组与反射镜模组之间在多维度空间上的运动，提升二者相对设置的结构稳定性，达到一维扫描实现多线扫描测量的效果，可靠性高，有效解决现有单发射模组实现多线扫描时扫描可靠性差的技术问题。

Description

扫描机构、激光雷达及清洁设备
技术领域
本发明涉及清洁设备技术领域，特别涉及一种扫描机构、激光雷达及清洁设备。
背景技术
现有激光雷达多使用多线扫描机构，以实现多维度扫描。多线扫描机构通常采用两种方案实现多线扫描效果，一种是设置多个收发模组，每组收发模组对应一个扫描线束，但该方案由于发射模组数量多，导致装调难度大且成本高昂。
另一种是采用单个收发模组，再外接独立的二维扫描机构，但该方案由于在垂直扫描方向上有振动扫描，导致寿命降低，可靠性差。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种扫描机构，旨在解决现有单发射模组实现多线扫描时扫描可靠性差的技术问题。
为实现上述目的，本发明提出的扫描机构，应用于激光雷达，所述扫描机构包括：
发射模组，所述发射模组朝第一方向出射探测光束；和
反射镜模组，所述反射镜模组设于所述发射模组的出光路径上，并与所述发射模组相对转动设置，所述反射镜模组包括多个依次设置的反射面，多个所述反射面绕不同于所述第一方向的第二方向旋转，每一所述反射面与所述第二方向呈夹角设置。
可选地，多个所述反射面围绕所述第二方向设置，相邻两个所述反射面呈夹角设置；
且/或，每相邻两个所述反射面之间的夹角相同。
可选地，一所述反射面与所述第二方向的夹角设定为角α，所述角α满足0°≤α＜60°；
且/或，一所述反射面与所述第一方向的夹角设定为角β，所述角β满足45°≤β≤90°；
且/或，在所述第一方向与所述第二方向相交形成的平面内，所述探测光束经多个所述反射面反射后的扫描区域投影在所述平面内的区域角设置为角γ，所述角γ满足0°＜γ＜180°；
且/或，所述第一方向垂直于所述第二方向。
可选地，所述发射模组包括：
光源组件，所述光源组件包括光源驱动板和设于所述光源驱动板的光源件，所述光源驱动板驱动所述光源件发出所述探测光束；和
校准组件，所述校准组件设于所述光源件的出光侧，所述校准组件包括准直器和支撑件，所述支撑件形成有供所述探测光束穿过的投射通道，所述支撑件的一端套设于所述光源件，所述支撑件的另一端朝向所述反射镜模组延伸设置，所述准直器设于所述投射通道内，并与所述光源件间隔设置，所述准直器用于将所述探测光束调整为平行光束。
本发明还提供激光雷达，所述激光雷达包括：
如上述任一项所述的扫描机构；
接收模组，所述接收模组用于接收自外部物体反射的回射光束；及
控制模组，所述控制模组与所述接收模组和所述扫描机构的发射模组、反射镜模组分别电连接。
可选地，所述发射模组与所述接收模组同轴设置；
或，所述发射模组与所述接收模组非同轴设置。
可选地，所述接收模组包括：
聚焦模块，所述聚焦模块用于接收回射光束；
感光模块，所述感光模块设于所述聚焦模块的出光侧，所述感光模块与所述控制模组电连接。
可选地，所述接收模组的入光方向与所述发射模组的出光方向不同向；
所述接收模组还包括分光模块，所述分光模块倾斜设于所述发射模组的出光光路和所述回射光束的入光光路上；
所述发射模组发出的探测光束沿第一方向穿过所述分光模块；
所述回射光束经所述分光模块背向所述反射镜模组的表面反射至朝向所述接收模组入射。
可选地，所述分光模块设为至少一分光件，所述分光件中部开设有通光孔，以供所述探测光束穿过，所述分光件背向所述发射模组的一表面为反射表面；
或，所述分光模块设为至少一半反半透镜。
本发明还提供清洁设备，所述清洁设备包括：
机壳，所述机壳内设有容腔，所述机壳底部设有移动轮组件；
主控模块，所述主控模块设于所述容腔内，所述移动轮组件与所述主控模块电连接；以及
如上任一项所述的激光雷达，所述激光雷达设于所述容腔内，所述主控模块与所述激光雷达的控制模组信号连接。
本发明技术方案通过采用在发射模组的出光光路上相对转动地设置有包括多个不同角度的反射面的反射镜模组，相对转动形成多个扫描线束，以解决现有的单发射模组实现多线扫描时扫描可靠性差的技术问题。扫描机构应用于激光雷达，扫描机构包括一个发射模组和与发射模组相对转动设置的反射镜模组，发射模组发出探测光束并朝向第一方向出射，反射镜模组设于发射模组的出光路径上，反射镜模组包括互呈夹角的多个反射面，多个反射面绕不同于第一方向的第二方向旋转，每一反射面均与第二方向呈夹角设置。其中，一反射面对应一扫描线束，多个反射面绕第二方向旋转，并将探测光束反射至不同的方向，以形成多个扫面线束，反射镜模组只需要绕单轴进行转动，减少发射模组与反射镜模组之间在多维度空间上的运动关系，提升二者相对设置的结构稳定性，同时能通过反射镜模组将单线发光转换为多线扫描，达到一维扫描实现多线扫描测量的效果，可靠性高，有效解决现有单发射模组实现多线扫描时扫描可靠性差的技术问题。
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结构示意图；
图2为本发明扫描机构一实施例的反射镜模组的结构示意图；
图3为本发明扫描机构另一实施例的反射镜模组的单面反射示意图；
图4为本发明扫描机构又一实施例的反射镜模组的多面反射结构示意图；
图5为本发明扫描机构再一实施例的反射镜模组的多面反射对应的扫描区域的示意图；
图6为本发明激光雷达一实施例的发射、接收光路示意图；
图7为本发明激光雷达另一实施例的发射、接收光路示意图；
图8为本发明激光雷达再一实施例的发射、接收光路示意图；
图9为本发明激光雷达如图7示一实施例的分光模块结构示意图；
图10为本发明激光雷达如图7示另一实施例的分光模块结构示意图。
附图标号说明：
标号 名称 标号 名称 标号 名称
100 扫描机构 200 激光雷达 50 接收模组
10 反射镜模组 20 发射模组 51 聚焦模块
10A 旋转轴线 21 光源件 52 感光模块
11 反射面 22 光源驱动 53 分光模块
21A 探测光束 23 准直器 53A 通光孔
20A 平行光束 24 支撑件 50A 回射光束
71 信号处理模块 531 分光件 50B 汇聚光束
70 控制模组 532 半反半透镜 50C 分光光束
300 清洁设备
本发明目的的实现、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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
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，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B为例”，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。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。
本发明提出一种扫描机构100，应用于激光雷达200。
现有的采用单个收发模组，再外接独立的二维扫描机构，但该方案由于在垂直扫描方向上有振动扫描，其振动属于往复运动形式，往复运动或循环受力会加剧材料的疲劳失效，导致寿命降低，可靠性差。例如，材料的强度假如是100兆帕，在循环受力达到一定次数后，比如上万次，其强度就会下降到比如50甚至更低的数值。
需要说明的是，该扫描机构100应用于激光雷达200装置，该激光雷达200装置可装设于移动的物体或需要定向区域探测的物体上。本发明的实施例中可将该激光雷达200装置装设于清洁设备300上，用于扫描成像、测距等应用，以判断清扫区域并避障。
进一步地，应用该清洁设备300时，为了确保扫描区域成像和/或测距的精准度和/或分辨率，可设置多个该种激光雷达200装置，以便于全方位、高精度地扫描清洁设备300的周侧方位。其中，参考一空间直角坐标系可以理解的是，该种激光雷达200装置需要求在空间上进行三维扫描，其扫描结果在Z轴方向与水平平面内均有分量。
实际需求中，为了全方位、高精度扫描，可在该清洁设备300上设置有三个该激光雷达200装置，每个激光雷达200装置的扫描区域投影在水平面内呈现的区域角可为120°，三个激光雷达200装置的扫描区域投影在水平面内呈现平面内的360°，即可实现全方位扫描。
参照图1至10，图1为本发明激光雷达200一实施例的结构示意图；图2为本发明扫描机构100一实施例的反射镜模组10的结构示意图；图3为本发明扫描机构100另一实施例的反射镜模组10的单面反射示意图；图4为本发明扫描机构100又一实施例的反射镜模组10的多面反射结构示意图；图5为本发明扫描机构100再一实施例的反射镜模组10的多面反射对应的扫描区域的示意图；图6为本发明激光雷达200一实施例的发射、接收光路示意图；图7为本发明激光雷达200另一实施例的发射、接收光路示意图；图8为本发明激光雷达200再一实施例的发射、接收光路示意图；图9为本发明激光雷达200如图7示一实施例的分光模块53结构示意图；图10为本发明激光雷达200如图7示另一实施例的分光模块53结构示意图。
在本发明实施例中，该扫描机构100包括发射模组20和反射镜模组10；如图2至图4、并结合图6所示，发射模组20朝第一方向出射探测光束21A；反射镜模组10设于发射模组20的出光路径上，并与发射模组20相对转动设置，反射镜模组10包括多个依次设置的反射面11，多个反射面11绕不同于第一方向的第二方向旋转，每一反射面11与第二方向呈夹角设置。
在本实施例中，本发明技术方案通过采用在发射模组20的出光光路上相对转动地设置有包括多个不同角度的反射面11的反射镜模组10，相对转动形成多个扫描线束，以解决现有的单发射模组实现多线扫描时扫描可靠性差的技术问题。扫描机构100应用于激光雷达200，扫描机构100包括一个发射模组和与发射模组相对转动设置的反射镜模组10，发射模组20发出探测光束21A并朝向第一方向出射，反射镜模组10设于发射模组20的出光路径上，反射镜模组10包括互呈夹角的多个反射面11，多个反射面11绕不同于第一方向的第二方向旋转，每一反射面11均与第二方向呈夹角设置。其中，一反射面11对应一扫描线束，多个反射面11绕第二方向旋转，并将探测光束21A反射至不同的方向，以形成多个扫面线束，反射镜模组10只需要绕单轴进行转动，减少发射模组20与反射镜模组10之间在多维度空间上的运动关系，提升二者相对设置的结构稳定性，同时能通过反射镜模组10将单线发光转换为多线扫描，达到一维扫描实现多线扫描测量的效果，可靠性高，有效解决现有单发射模组实现多线扫描时扫描可靠性差的技术问题。
可选地，发射模组20包括光源件21组件和校准组件，光源件21组件包括光源驱动板22和设于光源驱动板22上的光源件21，光源驱动板22驱动光源件21组件发出探测光束21A；校准组件设于光源件21的出光侧，校准组件包括准直器23和支撑件24，支撑件24形成有供探测光束21A穿过的投射通道，支撑件24的一端套设于光源件21，支撑件24的另一端朝向反射镜模组10延伸设置，准直器23设于投射通道内，并与光源件21间隔设置，准直器23用于将探测光束21A调整为平行光束20A。
在本实施例中，发射模组20的光源驱动板22驱动光源件21发出的探测光束21A是具有一定的发散角的，以便于在通过准直器23和支撑件24校准之后的探测光束21A形成具有一定宽度的多条平行光束20A，增加扫描线束的宽度，以增加反射后扫描区域的扫描空间的重叠区域的密集度，便于提升分辨率和扫描精度，避免扫面画面失真、扫描边角区域模糊的缺陷，提升判断准确度，以精准避障。
可以理解的是，准直器23为透镜，支撑件24形成的探测通道内的通道内壁具有反射镜，以将更多光束反射至准直器23进行光纤校正，使更多的光束全部经探测通道远离光源件21的一端平行出射，减少光能的损耗。
可选地，多个反射面11围绕第二方向设置，每相邻两个反射面11呈夹角设置。
参照平直地面，平直地面平行于水平面，即平直地面平行于O-XY平面。清洁设备300在使用中平置于地面，关于O-XY平面内，其存在扫描其机器周向的360°范围的需求，结合关于Z轴方向的扫描，使清洁设备300能实现一定角度扫描区域即能满足清洁设备300的扫描区域判断、测距以及避障需求。便于理解优选扫描区域在Z轴方向上的正负方向分量相等，即在Z轴上的扫描区域的区域角可以被O-XY平面均分，则定义第一方向为所在直线处于O-XY平面内的X轴方向，则第二方向即为Y轴方向，则设置第一方向垂直于第二方向，即发射模组20的光出射方向垂直于反射镜模组10的旋转轴向。
在此，以上述方位为基准进行下述各实施例的阐述，不对其具体的扫描机构100的安装方位作以具体限定，且此直角坐标系的参考仅为原理介绍使用，并不对扫描机构100安装于外部设备(此处外部设备以扫地机器人为具体实施设备)的安装方向和安装位置作以具体限定，以实际需求为准。
下述参照一种扫描区域投影在水平面内呈现的区域角可为120°的使用场景，第二方向即为反射镜模组10的旋转轴线10A，则该扫描机构100的反射镜模组10的旋转轴向为Y轴方向，反射镜模组10绕Y轴旋转，发射模组20的出光沿第一方向，即X轴方向出射，并打到反射镜模组10的至少一个反射面11上。
在本实施例中，多个反射面11依次设置，且均围绕第二方向设置，多个反射面11在第二方向的周向360°首尾相接，使得反射镜模组10在绕第二方向旋转时，均有平行光束20A出射到至少一反射面11上。其中，每相邻两个反射面11呈夹角设置，即每一个反射面11都能将平行光束20A反射至一个扫描区域，多个反射面11将平行光束20A反射至多个扫描区域，即扫描机构100将沿第一方向出射的平行光束20A通过多个反射面11形成对应反射面11数量的多股扫描线束，以通过反射镜模组10的反射实现单发射模组20的单扫描线束转变为多扫描线束，以实现三维维度的扫描。具体可以扫描到扫描区域内的各物体的三维立体结构，则能获得各物体每一部位或点位距离扫描机构100的距离，便于成像或测距以判断扫描区域或避障。
可以理解的是，反射镜模组10绕旋转轴线10A的旋转过程中，单个反射面11对于平行光束20A的反射光束参照图3所示，图3中的实线即为反射后的出光路线；多个反射面11对于平行光束20A的反射光束参照图4所示，图4中的实线即为反射后的出光路线。
每一个反射面11与旋转轴线10A之间设有夹角，即每一个反射面11与第二方向设有夹角，该夹角决定经过反射面11扫描后的扫描区域投影在水平面内投影的区域角的大小，即扫描区域投影在O-XY平面内的区域角可为120°。定义该扫描区域为横向扫描区域。
每相邻两个反射面11或者每两个反射面11之间也呈夹角设置，该夹角决定经过反射面11扫描后的扫描区域在Z轴方向投影的投影角的大小，定义该扫描区域为竖向扫描区域。
反射镜模组10在能实现横向扫描区域投影在水平面内呈现区域角为120°的使用场景时，可设置反射镜模组10设置有六个反射面11。
可选地，每相邻两个反射面11之间的夹角相同。
在一实施例中，可定义每相邻两个反射面11之间的夹角具有竖向角度差，在每相邻两个反射面11之间的夹角相同时，该竖向角度差为0°，则经过每一反射面11反射后的光束在Z轴方向上的竖向扫描区域可对应反射面11的数量划分为等分的多个竖向扫描区域，每一竖向扫描区域在Z轴上的分量相等，每一竖向扫描区域与反射镜模组10的旋转中心形成一竖向扇形区域，多个该竖向扇形区域的区域角均相等，以使每一竖向扫描区域内的分辨率近似相等，提升竖向扫描精度和扫描结果的真实可靠性，即提升投影至为O-XZ平面内和/或O-YZ平面内的扫描区域的扫描精度和扫描结果的真实可靠性。
可以理解的是，当每相邻两个反射面11之间的夹角不一定完全相同时，以沿同一方向旋转为例，该竖向角度差可设置为呈递进趋势，则对应扫描后的相邻的多个竖向扫描区域内的分辨率为逐步增强，此设置可应用于如对竖向方向邻近地面一侧的扫描精度有要求高的扫描需求的情况，提升该扫描机构100的按需适用性。
可选地，依次相邻的两个反射面11与第二方向分别呈夹角的角度差相等或不等设置。
在另一实施例中，依次相邻的多个反射面11与第二方向的夹角能决定反射面11扫描后的扫描区域投影在水平面内的区域角的大小，依次相邻的两个反射面11与第二方向分别呈夹角的角度差相等或不等设置。
结合参照图5所示，定义该角度差为横向角度差，在该横向角度差相等的情况下，则经过每一反射面11反射后的光束在O-XY平面内的横向扫描区域可对应反射面11的数量划分为等分的多个横向扫描区域，每一横向扫描区域在Y轴上的分量相等，每一横向扫描区域与反射镜模组10的旋转中心形成一横向扇形区域，多个该横向扇形区域的区域角均相等，以使每一横向扫描区域内的分辨率近似相等，提升横向扫描精度和扫描结果的真实可靠性，即提升投影至为O-XY平面内的扫描区域的扫描精度和扫描结果的真实可靠性。
在角度差不等的情况下，该横向角度差可设置为呈递进趋势或散乱排布，呈递进趋势时，则对应扫描后的相邻的多个横向扫描区域内的分辨率为逐步增强，此设置可应用于如狭窄通道、或一侧贴墙壁灯多种不同场景的、具有不同扫描精度的扫描需求的情况，提升该扫描机构100的按需适用性。
可以理解的是，上述的横向角度差或竖向角度差均可根据特定的应用场景提前预设，也可以设置为可活动调整的反射面11，以对应不同工况根据初始扫描结果匹配不同的扫描策略，偏向于智能调整。
可选地，一反射面11与第二方向的夹角设定为角α，角α的设定结合参照图2，角α满足0°≤α＜60°。
在本实施例中，一反射面11与第二方向的夹角设定为角α，每个反射面11均能实现反射功能，则反射面11不可能平行于第一方向且不可能垂直于第二方向，反射面11与旋转轴线10A的夹角可以反向设置，即平行光束20A从X轴入射且经反射面11后反射的光可朝向两侧出射，即反射后的横向扫描区域在Y轴的正轴方向和负轴方向均设置有分量；
在一优选的实施例中，反射镜模组10具有六个反射面11，并满足角α的取值为0°≤α＜60°，更优选的设定为横向扫描区域的区域角为120°，则α可优选设置为30°，使得反射后的光线距离第一方向呈60°，结合正轴方向和负轴方向分量相同可知横向扫描区域的区域角为120°。在扫描机构100应用的外部设备(如扫地机器人)上装设有三个该扫描机构100，即可实现横向360°的全方位扫描。
进一步的，对应于六个反射面11的反射镜模组10时，且反射面11与旋转轴线10A的夹角可以反向设置，反射面11与旋转轴线10A的夹角可以按如下方式定义：
选定其中一个反射面11，其与旋转轴线10A平行，即夹角为0°，平行光束20A投到该反射面11上后水平反射出去；
沿顺时针方向的第i个反射面11，其于旋转轴线10A的夹角为+i*θ，i＝1,2,3……，发射光束投到该反射面11上后向上倾斜反射出去；
沿逆时针方向的第j个反射面11，其于旋转轴线10A的夹角为-j*θ，i＝1,2,3……，发射光束投到该反射面11上后向下倾斜反射出去。其中角θ为上述相邻两反射面11分别与旋转轴线10A形成的夹角的角度差，此处的角θ可设定同一定值，也可设置为对应反射面11的不相等的θ1，θ2，θ3……；在此不做具体限定。
可以理解的是，当角θ的设置为定值时，六个反射面11对应的θ值为60°。
在另一实施例中，一反射面11与第一方向的夹角设定为角β，角β的设定结合参照图2，角β满足45°≤β≤90°。
本实施例中，据上述实施例可知角α可优选设置为30°，对应一反射面11与第一方向的夹角可具体设定为60°，即角β可具体设定为60°，且多个反射面11中角度差最大的两个反射面11之间夹角为60°，即对应竖向角度差最大为60°，则在扫描形成的竖向扫描区域的区域角可为60°，体现在水平面上下方位均可实现具有30°的扫描区域，扫描区域的投影位置在Z轴上。再可以理解为应用于清洁设备300时在竖直面内具有60°扇形角的扫描角度，提升三维扫描的可靠性。
结合参照图5所示，可选地，在第一方向与第二方向相交形成的平面内，即在O-XY平面内，探测光束21A经多个反射面11反射后的扫描区域投影在平面内的区域角设置为角γ，角γ满足0°＜γ＜180°，此处的角γ即为横向扫描区域的区域角，结合上述多个反射面11中角度差最大的两个反射面11为60°，则二者分别将第一方向的平行光反射后，形成横向扫描区域的区域角为120°的横向扫描结果，即角γ在该实施例中可具体取值为120°，以实现局部区域内的高精度扫描。
每一反射面11对应的扫描线束产生一定的扫描区域，旋转中的六个反射面11对应的六个扫描线束生成有六个扫描区域，展示在图5中，图5中右侧两实线之间为一扫描线束对应的横向扫描区域，其顶部实线与底部实线之间对应的是横向扫描区域的区域角取值为120°，即角γ的取值为120°。
本发明还提供激光雷达200，结合图1、图6至图8所示，激光雷达200包括如上述任一项的扫描机构100、接收模组50及控制模组70，该扫描机构100的具体结构参照上述实施例，由于本激光雷达200采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少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。其中接收模组50用于接收自外部物体反射的回射光束50A；控制模组70与接收模组50、扫描机构100的发射模组20和反射镜模组分别电连接。
在本实施例中，扫描机构100的发射模组20与控制模组70电连接，其中，光源件21的光源驱动板22与控制模组70电连接，控制模组70控制光源件21光源驱动板22以驱动光源件21进行发光。
进一步地，反射镜模组10设有驱动件，驱动件连接反射镜模组10，且驱动件与控制模组70电连接，以通过控制模组70控制驱动件驱动反射镜模组10绕旋转轴线10A进行转动。其中，控制模组70控制驱动件调节驱动力，以调整反射镜模组10的转动速度和转动方向。
可以理解的是，激光雷达200应用于外部设备上时，可以根据扫描需求进行固定设置或者活动设置，活动设置可以为转动设置或平移设置，以便于适用多种不同需求的情况。
可选地，发射模组20与接收模组50同轴设置；或，发射模组20与接收模组50非同轴设置。
结合参照图6至图8所示。同轴设置即为成像光路与激光光路在同一个光轴上，即发射模组20的发射光路与接收模组50的接收光路位于同一个光轴上，其中，发射模组20和接收模组50可同轴内嵌设置，也可由二向色分光镜在中间分开形成同轴分列式设置。非同轴设置即为成像光路与激光光路不在一个光轴上。
同轴设置结合参照图6和图7所示，在本实施例中，发射模组20可与与接收模组50同轴设置。图6为同轴内嵌式设置，即发射模组20的出光方向和外部物体反射至接收模组50的接收光感知方向共线且互为反向设置。其中，发射模组20和接收模组50为内嵌设置，使得发射模组20的平行光束20A出射中心轴与接收模组50接收光的中心轴相互平行且共线。图7为同轴分列式设置，发射模组20和接收模组50为分列式设置，即为发射模组20的平行光束20A出射中心轴与接收模组50接收光的中心轴交叉设置，且在接收模组50的接收光路上设置光学元件(上述的二向色分光镜)以使回射光束50A转向导光至接收模组50中。
图8为非同轴设置，在一种设置方式中，发射模组20和接收模组50为间隔设置，使得发射模组20的平行光束20A出射中心轴与接收模组50接收光的中心轴相互平行或呈一定夹角设置，当处于入光和出光平行时两者也是不共线的。
上述设置的激光雷达200适用于多种发射模组20与接收模组50的设置组合，提升普遍适用性。
可选地，接收模组50包括聚焦模块51和感光模块52，聚焦模块51用于接收回射光束50A；感光模块52设于聚焦模块51的出光侧，感光模块52与控制模组70电连接。
在本实施例中，聚焦模块51设于外部物体的反射的回射光束50A至激光雷达200的光路路径上，因反射回的光线是方向不规则的，则需要通过聚焦模块51进行聚焦，聚焦后的光束朝向感光模块52出射，感光模块52与控制模组70电连接和/或信号连接，以使感光模块52将感光信号传输至控制模组70，以通过控制模组70对感光信号进行处理，实现成像和/或测距功能，便于计算障碍物和避让障碍物、同时能判断清扫区域和待清扫区域。
可以理解的是，聚焦模块51为双面凸透镜，以将回射光束50A的发散设置的光路经折射使其朝向感光模块52出射，朝向感光模块52出射的光束为汇聚光束50B，聚焦模块51的设置以增加感光模块52接收的汇聚光束50B的光束量，提升回射光束50A的利用率，以加强扫描数据的可靠性。
进一步地，感光模块52设有光线传感器，控制模组70还包括控制板和信号处理模块71，信号处理模块71与感光模块52电连接和/或信号连接，以将感光模块52的感光信息进行处理，处理信号反馈至控制模组70的控制板，控制板用于根据反馈的信号发出相应的控制指令。
可选地，接收模组50的入光方向与发射模组30的出光方向不同向；接收模组50还包括分光模块53，分光模块53倾斜设于发射模组20的出光光路和回射光束50A的入光光路上；发射模组20发出的探测光束21A沿第一方向穿过分光模块53；回射光束50A经分光模块53背向反射镜模组10的表面反射至朝向接收模组50入射。
具体结合参照图7所示，在本实施例中，分光模块53倾斜设于探测光束21A的出光光路和回射光束50A的入光光路上，发射模组20与接收模组50为同轴分列式设置，使得发射模组20的光源件21发出的探测光束21A的方向与外部物体反射回来的回射光束50A朝向感光模块的入射方向不同向，即第一方向与感光模块的入光方向不同向。
发射模组20的光源件21发出的探测光束21A经校准之后沿第一方向出射平行光束20A，沿第一方向的平行光束20A经旋转的反射镜模组10的多个反射面11进行反射，以形成多条扫描线束，多条扫描线束朝向外部物体出射；经外部物体反射的回射光束50A朝向激光雷达200回射，因第一方向与接收模组50的感光模块52的入光方向不同向，则在回射光束50A的光路路径上设置有分光模块53，以将回光光束进行反射使得光束切换传输方向，形成分光光束50C，分光光束50C朝向聚焦模块51进行出射，经过聚焦模块51形成汇聚光束50B，汇聚光束50B朝向感光模块52出射，并被感光模块52接收，信号处理模块71对接收的感光光束的数据作以处理，并将处理信息反馈至控制板，控制板针对处理信息生成对应的控制指令。
可选地，分光模块53设为至少一分光件531，分光件531中部开设有通光孔53A，以供探测光束21A穿过，分光件531背向发射模组20的一表面为反射表面；或，分光模块53设为至少一半反半透镜532。
在本实施例中，分光模块53设为至少一分光件531，分光件531中部开设有通光孔53A，以供探测光束21A穿过，分光件531背向发射模组20的一表面为反射表面。分光件531可设置为反光镜，或背向发射模组20的一表面涂覆有反光材料的透镜，反光镜或反光材料设于分光件531背向发射模组20的一侧，用于反射光，增加回射光束50A反射的光束量，提升回射光束50A的光能利用率。
在另一实施例中，分光模块53设为至少一半反半透镜532，半反半透镜532的反射面11朝向回射光束50A的入射方向，以将回光光束经半反半透镜532后进行反射，半反半透镜532的设置较于上述设有通光孔53A的分光件531能增加发射模组20的出光量和出光面积，提升光能的有效利用率，降低光能损耗。
上述两种不同设置的分光模块53的设置，均能使得发射模组20的探测光束21A调整之后的平行光束20A沿第一方向出射，同时满足外部物体回射的回射光束50A经分光模块53反射至朝向感光模块52设置方向出射，信号处理模块71对感光模块52接收的感光信号加以处理，处理方式可以是成像处理、测距处理以及识别处理的至少一种，均能提升接收装置接收回射光束50A的可靠性。
可以理解的是，分光模块53设于接收模块的接收光路上可以是固定角度设置，也可以是活动角度设置，以调节分光模块53的设置角度，其具体的设置角度依据感光模块52与光源件21模块的设置分列位置设定，或者根据二者分别与分光组件的结构中心的连接之间的夹角确定，以实际使用的扫描需求为准进行设定。
需要说明的是，对于具体的激光雷达200产品，关于发射模组20与反射镜模组10的设置位置可按需设置，此处不做唯一限定；关于分光模块53与反射镜模组10的设置位置，需保证从分光模块53出来的光能投射到反射镜模组10的反射面11上即可，此处不做唯一限定；反射镜模组10位于发射模组20的平行光束20A的出射方向优选为平行光束20A垂直于反射镜模组10的旋转轴线10A设置，此处不做唯一限定。
本发明还提出一种清洁设备300，该清洁设备300包括机壳、主控模块及激光雷达200，该激光雷达200的具体结构参照上述实施例，由于本清洁设备300采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少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。其中，机壳内设有容腔，机壳底部设有移动轮组件；主控模块设于容腔内，移动轮组件与主控模块电连接；激光雷达200设于容腔内，主控模块与激光雷达200的控制模组70信号连接。
在本实施例中，清洁设备300上设置有多个上述激光雷达200，依据上述优选实施例，以其横向扫描区域的区域角达120°、竖向扫描区域的区域角达60°的激光雷达200具体实施例为例，可在清洁设备300上设置有三个该激光雷达200，以便于该三个激光雷达200在横向区域，即水平面内，实现360°全方位扫描。
可以理解的是，其竖向扫描区域的区域角受反射镜的设置个数和每相邻两个反射面11的设置角度的因素可以进行调整，其原理同上述具有六个反射面11的反射镜模组10的反射和扫描原理，在此不做具体限定。
进一步地，该清洁设备300还包括清扫组件和/或拖地组件，清扫组件和/或拖地组件分别设于机壳的底部，并分别与主控模块信号连接。
进一步地，该清洁设备300还包括电源，电源与清扫组件和/或拖地组件电连接，并与主控模块电连接和/或信号连接，信号处理模块71计算并生成判断清扫区域和待清扫区域的判断数据会反馈给控制模组70的控制板，控制板与主控模块电连接和/或信号连接，主控模块根据控制板的反馈数据生成控制指令，以控制清扫组件和/或拖地组件进行间歇性工作，以节省电能，同时避免重复清扫和清洁，延长清洁设备300的使用寿命。
可以理解的是，主控模块的设置使得激光雷达200和未装设有激光雷达200的清洁设备300可以分别独立进行工作，在二者装配时，将激光雷达200的控制模块与清洁设备300的主控模块进行电连接和/或信号连接，以相互互通数据，实现智能化控制，提升清洁设备300的使用寿命。
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 (10)

1.一种扫描机构，应用于激光雷达，其特征在于，所述扫描机构包括：
发射模组，所述发射模组发出的探测光束朝第一方向出射；和
反射镜模组，所述反射镜模组设于所述发射模组的出光路径上，并与所述发射模组相对转动设置，所述反射镜模组包括多个依次设置的反射面，多个所述反射面绕不同于所述第一方向的第二方向旋转，每一所述反射面与所述第二方向呈夹角设置，所述反射镜模组用于将所述发射模组的出光反射至外部。
2.如权利要求1所述的扫描机构，其特征在于，多个所述反射面围绕所述第二方向的周向设置，相邻两个所述反射面呈夹角设置；
且/或，相邻两个所述反射面之间的夹角相同。
3.如权利要求1所述的扫描机构，其特征在于，一所述反射面与所述第二方向的夹角设定为角α，所述角α满足0°≤α＜60°；
且/或，一所述反射面与所述第一方向的夹角设定为角β，所述角β满足45°≤β≤90°；
且/或，在所述第一方向与所述第二方向相交形成的平面内，所述探测光束经多个所述反射面反射后的扫描区域投影在所述平面内的区域角设置为角γ，所述角γ满足0°＜γ＜180°；
且/或，所述第一方向垂直于所述第二方向。
4.如权利要求1所述的扫描机构，其特征在于，所述发射模组包括：
光源组件，所述光源组件包括光源驱动板和设于所述光源驱动板的光源件，所述光源驱动板驱动所述光源件发出所述探测光束；和
校准组件，所述校准组件设于所述光源件的出光侧，所述校准组件包括准直器和支撑件，所述支撑件形成有供所述探测光束穿过的投射通道，所述支撑件的一端套设于所述光源件，所述支撑件的另一端朝向所述反射镜模组延伸设置，所述准直器设于所述投射通道内，并与所述光源件间隔设置，所述准直器用于将所述探测光束调整为平行光束。
5.一种激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括：
如权利要求1至4中任一项所述的扫描机构；
接收模组，所述接收模组用于接收；及
控制模组，所述控制模组与所述接收模组、所述扫描机构的发射模组和反射镜模组分别电连接。
6.如权利要求5所述的激光雷达，其特征在于，所述发射模组与所述接收模组同轴设置；
或，所述发射模组与所述接收模组非同轴设置。
7.如权利要求5所述的激光雷达，其特征在于，所述接收模组包括：
聚焦模块，所述聚焦模块用于接收回射光束；
感光模块，所述感光模块设于所述聚焦模块的出光侧，所述感光模块与所述控制模组电连接。
8.如权利要求5所述的激光雷达，其特征在于，所述接收模组的入光方向与所述发射模组的出光方向不同向；
所述接收模组还包括分光模块，所述分光模块设于所述发射模组的出光光路和所述回射光束的入光光路上；
所述发射模组发出的探测光束沿第一方向穿过所述分光模块；
所述回射光束经所述分光模块背向所述反射镜模组的表面反射至朝向所述接收模组入射。
9.如权利要求8所述的激光雷达，其特征在于，所述分光模块设为至少一分光件；
所述分光件中部开设有通光孔，以供所述探测光束穿过，所述分光件背向所述发射模组的一表面为反射表面；
或，所述分光模块设为至少一半反半透镜。
10.一种清洁设备，其特征在于，所述清洁设备包括：
机壳，所述机壳内设有容腔，所述机壳底部设有移动轮组件；
主控模块，所述主控模块设于所述容腔内，所述移动轮组件与所述主控模块电连接；以及
如权利要求5至9中任一项所述的激光雷达，所述激光雷达设于所述容腔内，所述主控模块与所述激光雷达的控制模组信号连接。
CN202210849082.1A 2022-07-19 2022-07-19 扫描机构、激光雷达及清洁设备 Pending CN115291189A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210849082.1A CN115291189A (zh) 2022-07-19 2022-07-19 扫描机构、激光雷达及清洁设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210849082.1A CN115291189A (zh) 2022-07-19 2022-07-19 扫描机构、激光雷达及清洁设备

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115291189A true CN115291189A (zh) 2022-11-04

Family

ID=83823937

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210849082.1A Pending CN115291189A (zh) 2022-07-19 2022-07-19 扫描机构、激光雷达及清洁设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115291189A (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108132472A (zh) * 2017-12-08 2018-06-08 上海禾赛光电科技有限公司 激光雷达系统
WO2021197170A1 (zh) * 2020-04-03 2021-10-07 上海禾赛科技股份有限公司 激光雷达以及使用该激光雷达进行目标物探测的方法
CN113721220A (zh) * 2020-05-26 2021-11-30 北京光秒科技有限公司 一种单自由度旋转实现二维光学扫描的方法
US20220146638A1 (en) * 2019-02-22 2022-05-12 Ningbo Sunny Automotive Optech Co., Ltd. Multi-point scanning lidar and detection method thereof
CN114578381A (zh) * 2018-11-16 2022-06-03 上海禾赛科技有限公司 一种激光雷达系统
CN114746771A (zh) * 2020-12-31 2022-07-12 深圳市大疆创新科技有限公司 探测装置、扫描单元、可移动平台及探测装置的控制方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108132472A (zh) * 2017-12-08 2018-06-08 上海禾赛光电科技有限公司 激光雷达系统
CN114578381A (zh) * 2018-11-16 2022-06-03 上海禾赛科技有限公司 一种激光雷达系统
US20220146638A1 (en) * 2019-02-22 2022-05-12 Ningbo Sunny Automotive Optech Co., Ltd. Multi-point scanning lidar and detection method thereof
WO2021197170A1 (zh) * 2020-04-03 2021-10-07 上海禾赛科技股份有限公司 激光雷达以及使用该激光雷达进行目标物探测的方法
CN113721220A (zh) * 2020-05-26 2021-11-30 北京光秒科技有限公司 一种单自由度旋转实现二维光学扫描的方法
CN114746771A (zh) * 2020-12-31 2022-07-12 深圳市大疆创新科技有限公司 探测装置、扫描单元、可移动平台及探测装置的控制方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210190918A1 (en) Lidar, laser emitter, laser emitter emitting board assembly, and method for manufacturing laser emitter
WO2019129259A1 (zh) 多线激光雷达
JP2022541007A (ja) プリズム及びマルチビームレーザーレーダー
CN108445467A (zh) 一种扫描激光雷达系统
CN110333516B (zh) 一种多线激光雷达
CN112789512A (zh) 激光雷达及自动驾驶设备
CN110389355B (zh) 一种多线激光雷达
CN110346811B (zh) 激光雷达及其探测装置
CN109752704A (zh) 一种棱镜及多线激光雷达系统
CN113075642A (zh) 激光雷达和用于激光雷达的探测方法
CN112099023A (zh) 多线激光雷达
WO2021143665A1 (zh) 一种棱镜及多线激光雷达
US20230145710A1 (en) Laser receiving device, lidar, and intelligent induction apparatus
CN111045018B (zh) 机器人的光学装置及定位系统
KR20170065061A (ko) 3차원 스캐닝 시스템
WO2023092859A1 (zh) 激光雷达发射装置、激光雷达装置及电子设备
CN208334781U (zh) 旋转式激光扫描装置
CN115291189A (zh) 扫描机构、激光雷达及清洁设备
CN209842062U (zh) 激光雷达和车辆
CN210376672U (zh) 多线激光雷达
CN218500654U (zh) 多线激光器及清洁设备
CN112888957A (zh) 激光发射装置、激光雷达和智能感应设备
CN211402711U (zh) 一种激光雷达
CN215116776U (zh) 一种激光扫描装置及其激光雷达、无人机或智能车
JPWO2019163210A1 (ja) 走査型光学系、およびライダー

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination