CN205353364U - 一种多线光学扫描测距装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光学扫描测距装置，所述光学扫描测距装置包括：光学扫描测距装置主体、光学扫描测距装置旋转探头、上平面反射镜、下平面反射镜，所述上平面反射镜和下平面反射镜具有夹角；所述光学扫描测距装置旋转探头包括光发射模块、光学透镜、光接收模块、信号处理模块；所述光学扫描测距装置主体包括电机及滑环。现有的光学扫描测距装置限制智能机器人的体积和布局、扫描利用率低、及在垂直于光学扫描的方向存在很大的盲区，本实用新型提供的一种多线光学扫描装置，能够提高智能机器人内部的空间及扫描测距装置的利用率，将一维光学测距雷达转化为多线光学测距雷达，减小智能机器人的盲区。

Description

一种多线光学扫描测距装置

技术领域

本实用新型涉及光学测距装置，特别是涉及一种能实现多维度测量的光学测距装置。

背景技术

光学扫描测距装置是一种使用准直光束，通过飞行时间（TOF）、三角测量等方法测量距离的设备。目前，通常的光学扫描测距装置包括：光发射模块、光学镜头、接收并处理信号的芯片、电机及滑环。光发射模块发出光束，经过准直的光束发射到被测物体表面，反射到接收芯片上，通过测量发射到接收之间的时间，已知光速，即可求出被测物体到装置的距离。通过电机旋转可以得到一周360度的环境距离信号，目前广泛应用于机器人环境扫描、规划路径、安防检测等。

但是，由于此种光学扫描测距装置不能被不透光的材质遮挡，因此在智能机器人中就必须留出很大一部分没有遮挡物的环形空间，或者将光学扫描测距装置固定在智能机器人顶端，这些因素很大的限制了智能机器人的体积和布局。

针对以上所述缺点，现有技术中的一种解决方式是，由于一般机器人大多数时间向机器人前方移动，只需测量机器人前方及两侧被测物体的距离即可，因此，仅需要在扫描测距装置的探头旋转到机器人前方及两侧位置时，将机器人中前方及两侧的装配测距装置的相应位置设置成没有遮挡物的缺口形状，而可以在机器人中后方的装配测距装置的相应位置设置成具有遮挡物，从而有利于机器人在有限体积内的布局。但是，当扫描测距装置探头的出光和接收光开口旋转到遮挡部分时，便不能有效利用扫描测距装置进行测距，使得扫描测距装置的扫描利用率低。

此外，通常的光学扫描测距装置只能得到一个维度的环境距离信号，在垂直于光学扫描的方向存在很大的盲区，这对于智能机器人规划路径和智能导航都有极大的限制。

发明内容

为了克服现有的光学扫描测距装置限制智能机器人的体积和布局、扫描利用率低、及在垂直于光学扫描的方向存在很大的盲区的缺点，本实用新型提供一种多线光学扫描测距装置，不仅能提高智能机器人内部的空间及扫描测距装置的扫描利用率，而且能将一维光学测距雷达转化为多线光学测距雷达，减小智能机器人的盲区。

本实用新型为解决其所要解决的技术问题采用的技术方案是：在普通的光学扫描测距装置的基础之上，添加由平面反射镜、电机、传动结构组成的装置。当光学扫描测距装置的探头旋转到平面反射镜一侧时，由于平面反射镜具有夹角结构，发射光束通过两次反射达到目标探测方向，使得光学扫描测距装置可实现在设定的目标角度循环测量。在此基础之上，还可进一步用电机控制平面反射镜，调节其与水平面的夹角，每当光学扫描测距装置的探头旋转到目标方向角度时，改变平面反射镜与水平面的夹角，直到光学扫描测距装置的探头旋转通过平面反射镜，然后再通过电机改变平面反射镜与水平面的夹角，按照设定的多个角度循环，即可得到多线光学扫描测距装置。平面反射镜扫描装置的外侧可随智能机器人的结构布置，不必考虑遮挡光束，并且能够达到目标探测方向在垂直于光学扫描测距装置的水平维度内减小盲区，实现多线扫描测距。

具体而言，本实用新型提供了一种光学扫描测距装置，所述光学扫描测距装置包括：光学扫描测距装置主体、光学扫描测距装置旋转探头、上平面反射镜、下平面反射镜，其中所述上平面反射镜和下平面反射镜具有夹角；所述光学扫描测距装置旋转探头包括光发射模块、光学透镜、光接收模块、信号处理模块；所述光学扫描测距装置主体包括电机及滑环。

在其中的一实施例，所述光学扫描测距装置主体包括电机、无线供电装置及无线信号传输模块，不具有滑环。

在其中一实施例，所述光学扫描测距装置探头也可以是发射模块、光接收模块、信号处理模块不旋转，而是通过设计光路，将光路上的光学元件进行旋转，实现360度或者任何可控角度范围的光学扫描测距。例如发射模块固定不同，发出光线照到反射镜，通过反射镜360度旋转，实现对360度范围内的扫描测距。

在其中的一实施例，所述上平面反射镜和下平面反射镜固定成90度夹角，上平面反射镜与水平面成45度夹角。

在其中的一实施例，所述光学扫描测距装置还包括控制平面反射镜转动的电机，所述电机控制上平面反射镜转动，用于改变上平面反射镜和下平面反射镜的夹角。

在其中的一实施例，所述电机的数量为一个、两个或多于两个，所述电机控制上平面反射镜单独转动、或者控制下平面反射镜单独转动、或者控制上平面反射镜和下平面反射镜都转动。

在其中的一实施例，反射镜为多组由上平面反射镜和下平面反射镜构成的反射镜组的组合，所述反射镜组的数量为两个或者多于两个，所述多个反射镜组之间以垂直于水平面方向为轴具有夹角，所述上平面反射镜和下平面反射镜之间具有夹角。

在其中的一实施例，所述上平面反射镜和下平面反射镜为平面或者为曲面。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是可以在原有的光学扫描测距装置不变的前提下，去除对智能机器人结构布局的限制，用一种简单有效的方式实现多线光学扫描测距。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的多线扫描测距装置结构示意图；

图2为本实用新型一实施例的多线扫描测距装置结构侧视图；

图3为本实用新型一实施例的多线扫描测距装置结构俯视图；

图4为本实用新型另一实施例的多线扫描测距装置结构侧视图；

图5为本实用新型又一实施例的多线扫描测距装置结构俯视图。

具体实施方式

为了使本实用新型所揭示的技术内容更加详尽与完备，可参照附图以及本实用新型的下述各种具体实施例，附图中相同的标记代表相同或相似的组件。然而，本领域的普通技术人员应当理解，下文中所提供的实施例并非用来限制本实用新型所涵盖的范围。此外，附图仅仅用于示意性地加以说明，并未依照其原尺寸进行绘制。

下面参照附图，对本实用新型各个方面的具体实施方式作进一步的详细描述。

图1-3示出依据本实用新型的第一实施例，在图1中，光学扫描测距装置包括：光学扫描测距系统和反射系统。其中所述光学扫描测距系统具有光学扫描测距装置主体4和光学扫描测距装置旋转探头5，构成一维360度光学扫描测距系统。

其中，所述光学扫描测距装置旋转探头5包括光发射模块、光学透镜、光接收模块及信号处理模块，所述光学扫描测距装置主体包括电机及滑环。在可替代的技术方案中，由于滑环在转动时的损耗，影响装置的寿命，可以采用不具有滑环，而使用无线供电装置和无线信号传输模块替代。其中的无线供电装置例如为具有电磁耦合特性的线圈。无线信号传输装置可以为蓝牙模块、Wi-Fi模块、NRF24L01模块、或者光信息发射与光信息接收模块等。

在可选的实施例中，所述光学扫描测距装置探头也可以是发射模块、光接收模块、信号处理模块不旋转，而是通过设计光路，将光路上的光学元件进行旋转，实现360度或者任何可控角度范围的光学扫描测距。例如发射模块、光接收模块、信号处理模块固定不同，发出光线照射到反射镜，通过反射镜360度旋转，实现对360度范围内的扫描测距。

所述反射系统包括上平面反射镜1和下平面反射镜2，上平面反射镜1和下平面反射镜2成90度夹角，上平面反射镜1与水平面夹角45度，构成反射系统，该反射系统设置于光学扫描测距装置的后方，其中，机器人前进的方向为前方。反射镜支架3和反射镜支架6固定上平面反射镜1和下平面反射镜2的位置和夹角，光学扫描测距装置旋转探头5的出射光束与下平面反射镜2的几何中心处于同一高度，保证光学扫描测距装置旋转探头5发射出的准直光束在正对反射系统时能够全部被下平面反射镜2反射，不会造成光能损失。

当光学测距装置旋转探头旋转到机器人的前方缺口位置时，对机器人前方及两侧的物体进行常规的距离测量。当光学测距装置旋转探头旋转到机器人内部后方的遮挡物位置时，由于反射系统的设置，可通过反射对机器人前方进行第二次扫描测距。

如图2所示，光学扫描测距装置旋转探头5转到正对上平面反射镜1和下平面反射镜2的位置，光学扫描测距装置旋转探头5发出的准直光束依次通过下平面反射镜2和上平面反射镜1反射，水平射出，如实心箭头所示光路，当上述准直光束照射到被测物体时，经过反射，如空心箭头所示光路，被光学扫描测距装置旋转探头5中的光学传感器所接收，由于反射系统的设置，能够将扫描过的目标区域在另一水平面扫描一遍，完成两次扫描测距，即双线扫描测距。

图3为该多线光学扫描测距装置的俯视图，光学扫描测距装置旋转探头5按照一定方向，顺时针或者逆时针旋转到反射镜一侧时，依次通过a、b、c三个位置，发射的准直光束按照图2标示通过反射镜反射，照射到被测物体上，根据光路可逆原理，物体反射的光束沿准直光束发射方向原路返回，到达光学扫描测距装置旋转探头5的光接收系统，完成距离测量。

由上述可知，相比于现有的光学扫描测距装置，本实用新型的光学扫描测距装置固定不动，通过扫描测距装置的探头旋转和反射镜组即可实现目标区域的两次（双线）扫描，将目标区域的扫描频率提高一倍。由于反射镜组的利用，能极大地提高智能机器人内部空间利用率，减小布局的限制。

图4示出依据本实用新型的第二实施例，平面反射镜发生角度偏转，包括但不限于单个反射镜转动，可以是单个的上平面反射镜1转动、单个的下平面反射镜2转动或者两个平面反射镜都可转动。详细而言，在实施例一所述扫描测距装置的基础之上，上平面反射镜1可转动，上平面反射镜1与水平面的夹角由角度a变为角度b，则准直光束变化的角度为。若上平面反射镜1与水平面的夹角固定，则能完成某一特定角度的扫描测距；若上平面反射镜1与水平面的夹角随光学扫描测距装置旋转探头5的旋转周期转动，可以通过电机等方式控制，则能完成目标区域的多线扫描测距。

图5示出依据本实用新型的第三实施例，平面反射镜组由实施例一或实施例二的一组反射镜变为多组反射镜组合，包含但不限于两组反射镜组。详细而言，如图5所示，一组由上平面反射镜和下平面反射镜组成反射镜组6，另一组由另外的上平面反射镜和另外的下平面反射镜组成反射镜组7，其中上平面反射镜和下平面反射镜具有实施例一或实施例二中所述的组合结构，反射镜组6和反射镜组7以垂直于水平面方向为轴成一定夹角，光学扫描测距装置旋转探头5旋转到平面反射镜组6一侧时，发射准直光束由位置a转到位置b，通过平面反射镜组6测量的范围为两束出射光束夹角的范围，完成正前方的目标区域的第二次扫描测距。同样的，当光学扫描测距装置旋转探头5旋转到平面反射镜组7一侧时，通过平面反射镜组7测量的范围为两束出射光束夹角的范围，完成正前方的目标区域的第三次扫描测距。

该实施例通过两个平面反射镜组的组合，将原测距装置的探测范围由单一平面改变为多个平面，并实现正前方的目标区域的三次扫描，显著提高扫描测距的频率，实现测距装置的更灵活高效的应用。另外，由上平面反射镜1和下平面反射镜2所组成的反射镜组不限于两组，可以为多组，例如3、4、5、8组等，上反射镜和下反射镜也可以不仅为平面，还可以为曲面等，本领域技术人员根据其所掌握的公知常识对上述反射镜及其组合方式作出的常规变换都在本实用新型所要求保护的范围内。

上文中，仅以示例而不是限制的方式参考特定实施例详细给出并且描述了本实用新型的若干特征和方面。但是，本领域中的技术人员能够理解，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以对本实用新型的具体实施方式作各种变更和替换，这些变更和替换都落在本实用新型权利要求书所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种光学扫描测距装置，其特征在于，所述光学扫描测距装置包括：光学扫描测距装置主体（4）、光学扫描测距装置旋转探头（5）、上平面反射镜（1）、下平面反射镜（2），其中所述上平面反射镜（1）和下平面反射镜（2）具有夹角；所述光学扫描测距装置旋转探头（5）包括光发射模块、光学透镜、光接收模块、信号处理模块；所述光学扫描测距装置主体（4）包括电机及滑环。

2.根据权利要求1所述的光学扫描测距装置，其特征在于，所述光学扫描测距装置主体（4）包括电机、无线供电装置及无线信号传输模块，不具有滑环。

3.根据权利要求1或2所述的光学扫描测距装置，其特征在于，所述上平面反射镜（1）和下平面反射镜（2）固定成90度夹角，上平面反射镜（1）与水平面成45度夹角。

4.根据权利要求1或2所述的光学扫描测距装置，其特征在于，所述光学扫描测距装置还包括控制平面反射镜转动的电机，所述电机控制上平面反射镜（1）转动，用于改变上平面反射镜（1）和水平面的夹角。

5.根据权利要求4所述的光学扫描测距装置，其特征在于，所述电机的数量为一个、两个或多于两个，所述电机控制上平面反射镜（1）单独转动、或者控制下平面反射镜（2）单独转动、或者控制上平面反射镜（1）和下平面反射镜（2）都转动。

6.根据权利要求1或2所述的光学扫描测距装置，其特征在于，反射镜为多组由上平面反射镜（1）和下平面反射镜（2）构成的反射镜组的组合，所述反射镜组的数量为两个或者多于两个，所述多个反射镜组之间以垂直于水平面方向为轴具有夹角，所述上平面反射镜（1）和下平面反射镜（2）之间具有夹角。

7.根据权利要求6所述的光学扫描测距装置，其特征在于，所述上平面反射镜（1）和下平面反射镜（2）为平面或者为曲面。

8.根据权利要求1所述的光学扫描测距装置，其特征在于，所述光学扫描测距装置探头还包括旋转反射镜，所述光学扫描测距装置探头中的光发射模块、光学透镜、光接收模块、信号处理模块不旋转，通过控制旋转反射镜旋转，实现360度角度范围的光学扫描测距。