CN206292392U - 旋转式三维测距雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种旋转式三维测距雷达，包括：底座、旋转台、供电单元、受电单元、第一通信单元、第二通信单元和立体视觉单元；旋转台相对于底座是可旋转的；供电单元和第一通信单元设置于底座上；受电单元、第二通信单元和立体视觉单元设置于旋转台上，并与旋转台一起旋转；用于实时采集其视野范围内的三维环境信息的立体视觉单元分别与受电单元和第二通信单元相连；供电单元和受电单元之间采用非接触式供电；第一通信单元和第二通信单元之间采用非接触式数据传输。本实用新型采用非接触式供电和非接触式数据传输，简化了设计，降低了干扰，并通过视野范围内的三维环境信息的实时感知，从而获得三维测距雷达360度范围内的三维环境信息。

Description

旋转式三维测距雷达

技术领域

本实用新型涉及雷达技术领域，特别是涉及一种360度旋转式三维测距雷达。

背景技术

自主移动机器人在运动的过程中，需要实时的感知其周围的动态或静态环境，并对获取的环境信息进行分析融合，构建地图，从而决策最优行进路线。在现有的空间测距技术中，机器人通常通过2D激光雷达或者立体视觉进行周围环境信息的获取。2D激光雷达是在一个二维平面内获取其周围360度或者小于360度范围的障碍物信息。由于激光雷达获取的是一个平面内的障碍物信息，不能全面获取障碍物的三维信息；立体视觉虽然能够获取其正前方一定视场范围内的三维视觉信息，但由于其视场范围有限，不能实时感知其侧后方的环境信息。

目前，自主移动机器人由于其运行环境越来越复杂，行动越来越灵活，移动速度越来越快，因此，其对环境的感知能力的要求越来越高。现有的2D激光雷达或者立体视觉无法完全满足自主机器人的需求。在保证计算速度和刷新频率的前提下，尽可能全面地获取机器人周围的三维环境信息是目前本领域的技术人员所亟待解决的问题。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种旋转式360度范围的三维测距雷达，用于解决现有技术中机器人不能实时全面获取周围的三维环境信息的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种旋转式三维测距雷达，包括：底座、旋转台、供电单元、受电单元、第一通信单元、第二通信单元和立体视觉单元；其中，所述旋转台相对于所述底座是可旋转的；所述供电单元和所述第一通信单元设置于所述底座上；所述受电单元、所述第二通信单元和所述立体视觉单元设置于所述旋转台上，并与所述旋转台一起旋转；其中，用于实时采集其视野范围内的三维环境信息的所述立体视觉单元分别与所述受电单元和所述第二通信单元相连；所述供电单元和所述受电单元之间采用非接触式供电；所述第一通信单元和所述第二通信单元之间采用非接触式数据传输。

于本实用新型的一实施例中，所述立体视觉单元为双目视觉传感器或深度传感器。

于本实用新型的一实施例中，所述立体视觉单元将实时采集所述三维环境信息传递给所述第二通信单元，并通过所述非接触式数据传输将采集的所述三维环境信息传递至所述第一通信单元。

于本实用新型的一实施例中，所述旋转式三维测距雷达还包括设置于所述旋转台上的控制处理单元；所述控制处理单元分别与所述第二通信单元、所述立体视觉单元和所述受电单元连接，用于对所述立体视觉单元实时采集的所述三维环境信息进行处理，并利用所述第二通信单元通过所述非接触式数据传输将处理结果传输至所述第一通信单元。

于本实用新型的一实施例中，所述立体视觉单元通过支撑件固定设置于所述旋转台上。

于本实用新型的一实施例中，所述旋转式三维测距雷达还包括用于测量所述旋转台的转速和旋转角度的角度和转速测量单元，所述角度和转速测量单元设置在所述旋转台上。

于本实用新型的一实施例中，所述第一通信单元和所述第二通信单元之间采用的所述非接触式数据传输包括：单路光信号传输、多路光信号传输、单路无线电信号传输、和/或多路无线电信号传输。

于本实用新型的一实施例中，所述供电单元和所述受电单元之间的所述非接触式供电是通过设置于所述底座上的初级线圈和设置于所述旋转台上的次级线圈实现的。

于本实用新型的一实施例中，所述第一通信单元与所述初级线圈连接，所述第二通信单元与所述次级线圈连接；通过将数据调制到电能传输波形中，使得数据在电能传输通道中传输，从而实现所述第一通信单元和所述第二通信单元之间的所述非接触式数据传输。

于本实用新型的一实施例中，所述第一通信单元通过第一耦合线圈与所述初级线圈连接，所述第二通信单元通过第二耦合线圈与所述次级线圈链接；通过所述第一耦合线圈和所述第二耦合线圈将数据耦合加载至电能传输波形中，使得数据在电能传输通道中传输，从而实现所述第一通信单元和所述第二通信单元之间的非接触式数据传输。

如上所述，本实用新型的旋转式三维测距雷达，通过在旋转台设置可实时采集其视野范围内的三维环境信息的立体视觉单元，结合角度和转速测量单元所测量的转速和角度信息，可获得旋转式三维测距雷达在360度范围内三维环境信息。进一步地，本实用新型的立体视觉单元采用简单的双目视觉传感器或深度传感器就可实现，结构简单，成本低廉，适用范围广泛；此外，本实用新型通过非接触的方式同时传输电能和数据，降低了被干扰的风险，提高了产品的可靠性。

附图说明

图1显示为本实用新型实施例公开的一种旋转式三维测距雷达的原理结构示意图。

图2显示为本实施新型的实施例公开的一种旋转式三维测距雷达的旋转台和底座的另一种连接方式的原理示意图。

图3显示为本实用新型的另一实施例公开的一种旋转式三维测距雷达的原理结构示意图。

图4显示为本实用新型的另一实施例公开的一种旋转式三维测距雷达的原理结构示意图。

图5显示为本实用新型的另一实施例公开的一种旋转式三维测距雷达的原理结构示意图。

元件标号说明

100 旋转式三维测距雷达

110 底座

120 旋转台

130 电机

131 主轴/转动轴

140 立体视觉单元

151 供电单元

152 受电单元

161 第一通信单元

162 第二通信单元

163 第一耦合线圈

164 第二耦合线圈

165 光通信单元

171 初级线圈

172 次级线圈

180 角度及转速测量子单元

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

本实用新型公开了一种旋转式三维测距雷达，在供电单元和受电单元之间采用非接触式供电，在第一通信单元和第二通信单元之间采用非接触式数据传输；并且，本实用新型还将立体视觉单元实时采集的其视野范围内的三维环境信息与角度和转速测量单元测量获得的旋转角度信息进行数据融合，从而获取旋转式三维测距雷达在360度范围内的三维环境信息。

如图1所示，本实施例的旋转式三维测距雷达100包括底座110、旋转台120、电机130、供电单元151、受电单元152、第一通信单元161、第二通信单元162、角度和转速测量单元180以及立体视觉单元140。在本实施例中，旋转台120相对于底座110的旋转是通过电机130来实现的，且旋转台120是绕转动轴131旋转的。当然，要实现旋转台120相对于底座110的旋转还可以通过很多其它方法实现，这些都是机械领域的常规方法，只要是能够实现旋转台120相对于底座110是可旋转的就在本实用新型的保护范围内。

本实施例中，列举了两种通过电机130实现旋转台120相对于底座110的旋转的方式：

其一，如图1所示，电机130固定安装在底座110上的，且电机130具有一主轴131，即转动轴，旋转台120与电机130的主轴131连接，通过电机130带动主轴131转动，从而驱动旋转台120转动；优选地，主轴/转动轴131穿过旋转台120的中心位置；

其二，如图2所示，电机130同样固定安装在底座110上，但是电机130并不与旋转台120直接相连，旋转台120与电机130的转子之间通过皮带或其它传动部件间接连接在一起，电机130的转子通过皮带或其他它传动部件带动旋转台120发生旋转。此种方式下，转动轴131位于旋转台120的中心位置，且垂直于旋转台120所处平面。

此外，本实用新型的旋转式三维测距雷达100的底座110和旋转台120上还可分别设置很多用于实现不同功能的用电器件(在说明书附图中未予以标识)。

供电单元151、第一通信单元161是设置于底座110上；立体视觉单元140、受电单元152、第二通信单元162是设置于旋转台120上的。

供电单元151和受电单元152之间采用非接触式供电。第一通信单元161和第二通信单元162之间采用非接触式数据传输。

在本实施例中，如图3所示，供电单元151和受电单元152之间的非接触式供电是通过初级线圈171和次级线圈172来实现的。其中，初级线圈171是设置于底座110上的，次级线圈172是设置于旋转台120上的，且，初级线圈171与供电单元151相连接，次级线圈172与受电单元152相连接。并且，在底座110和旋转台120上，初级线圈171和次级线圈172是相对应设置的，且大小匹配，相互耦合，且初级线圈171和次级线圈172间的距离是被控制在一定范围内的。初级线圈171是以电机130的主轴131为中心，设于底座110面向旋转台120的一面；与初级线圈171大小匹配、相互耦合的次级线圈172是对应设于旋转台120面向底座110的一面，并且，次级线圈172同样是以主轴131为中心。

初级线圈171和次级线圈172之间通过磁耦合构成了初级线圈171和次级线圈172之间的电能传输通道：初级线圈171根据输入的交流电能产生交变电磁场，对应地，次级线圈172根据该交变电磁场感应对应的交变电流，由此构成了初级线圈171和次级线圈172之间的电能传输通道，实现了初级线圈171和次级线圈172之间的非接触式电能传输。

并且，供电单元151与初级线圈171连接，受电单元152与次级线圈172连接。供电单元151借助于初级线圈171和次级线圈172之间的电能传输通道，将电能传输至受电单元152：供电单元151为初级线圈171提供交流电能；初级线圈171根据该交流电能产生交变电磁场，对应地，次级线圈172根据该交变电磁场感应对应的交变电流，并将该交变电流传输至受电单元152。从而通过初级线圈171和次级线圈172间的电能传输通道实现了供电单元151和受电单元152之间的非接触式供电。

当然，本实用新型的非接触式供电并不仅限于利用初级线圈和次级线圈的耦合这一种方式，只要是可实现供电单元和受电单元之间的非接触式供电均在本实用新型的保护范围内。

其中，供电单元151既可以直接采用蓄电池，也可以通过该外部电源接口，引入外部电源。其中外部电源接口设置在供电单元151上，且外部电源接口包括但不限于：USB接口、D型接口等等。

供电单元151还包括逆变电路，用于将直流电能转换为交流电能。需要说明的是，凡是能够将直流电能转换为交流电能的逆变电路均在本实用新型的保护范围内。并且，供电单元151还分别与底座110上设置的一个或多个用电器件连接，用于为与之连接的用电器件提供电能。

受电单元152还分别与立体视觉单元140连接，用于为其提供电能。受电单元152将次级线圈172传输过来的交变电流转换为直流电流，再提供给旋转台120上的立体视觉单元140。并且，受电单元152还可与旋转台120上设置的一个或多个用电器件连接，用于为与之连接的用电器件提供电能。

受电单元152包括整流滤波电路，用于将交变电流转换为直流电流。需要说明的是，凡是能够将交变电流转换为直流电流的整流滤波电路均在本实用新型的保护范围内。

第一通信单元161和第二通信单元162之间的非接触式数据传输包括但不限于：单路/多路光信号传输、和/或单路/多路无线电信号传输等等。其中，光信号传输通常采用光信号发射接收对来实现，无线电信号传输通常采用天线来实现。光信号传输和无线电信号传输在无线通信领域是非常成熟的技术，因此，在本实用新型中对此不再赘述。

在本实施例中，给出了两种第一通信单元161和第二通信单元162之间的非接触式数据传输的方式：

第一，在旋转式三维测距雷达上设置一组包括两个光通信单元的光发射接收对，从而实现第一通信单元161和第二通信单元162之间的非接触式数据传输：如图4所示，本实施例的旋转式三维测距雷达的主轴131采用中空设计，在相对于底座110和旋转台120处，在主轴131的中空部分分别对应设置一个光通信单元165；位于底座为110处和位于旋转台120处的光通信单元165都是既可以作为光信号发射端；也可以作为光信号接收端。并且，位于底座110处的光通信单元165与第一通信单元161相连，位于旋转台120处的光通信单元165与第二通信单元162相连，利用两个光通信单元165之间的光信号传输实现了第一通信单元161和第二通信单元162之间的非接触式数据传输。

第二，借助于初级线圈171和次级线圈172所构建的电能传输通道，从而实现第一通信单元161和第二通信单元162之间的非接触式数据传输如图3所示，第一通信单元161与初级线圈171连接，第二通信单元162与次级线圈172连接，以实现第一通信单元161和第二通信单元162之间通过电能传输通道进行数据的传输：既包括第一通信单元161的数据传递至所述第二通信单元162，也包括第二通信单元162的数据传递至第一通信单元161。在本实施例中，公开了两个借助于电能传输通道进行非接触式电力载波通讯的数据传输的方法，但是本实用新型的保护范围并不仅限于这两种方式，只要是第一通信单元161和第二通信单元162之间是借助于电能传输通道进行数据传输的，均在本实用新型的保护范围内。

本实施例中，给出了两种借助于电能传输通道进行数据传输的方式：

第一种方式为通过调幅方式将数据信号直接调制加载到电能传输波形中，再通过电能传输通道进行传输：

第一通信单元161通过调幅的方式将数据信号调制到初级线圈171的电能传输波形中；再通过电能传输通道进行传输；第二通信单元162通过次级线圈172接收电能传输波形加载的数据信号；

或者，第二通信单元162通过调幅的方式将数据信号调制到次级线圈172的电能传输波形中；再通过电能传输通道进行传输；第一通信单元161通过初级线圈171接收电能传输波形加载的数据信号。

第二种方式为利用磁耦合的方式将数据信号加载至电能传输波形中，在通过电能传输通道进行传输：

如图5所示，在第一通信单元161和初级线圈171之间增加一个第一耦合线圈163，在第二通信单元162和次级线圈172之间增加一第二耦合线圈164，即，第一通信单元161通过第一耦合线圈163与初级线圈171连接，第二通信单元162通过第二耦合线圈164与次级线圈172连接；

第一通信单元161的数据信号通过第一耦合线圈163耦合数据信号到初级线圈171所在的电路中，将数据波形耦合加载至电能传输波形中；再通过电能传输通道进行传输；第二通信单元162通过次级线圈172和第二耦合线圈164接收电能传输波形加载的数据信号；

第二通信单元162的数据信号通过第二耦合线圈164耦合数据信号到次级线圈172所在的电路中，将数据波形耦合加载至电能传输波形中；再通过电能传输通道进行传输；第一通信单元161通过初级线圈171和第一耦合线圈163接收电能传输波形加载的数据信号。

此外，第一通信单元161还可与底座110上的一个或多个用电器件连接，同样地第二通信单元162也可与旋转台120上的一个或多个用电器件连接，从而可实现底座110上的用电器件与旋转台120上的用电器件通过第一通信单元161和第二通信单元162进行数据传输。并且，第一通信单元161还包括一数据接口，用于将旋转式三维测距雷达的数据向外发送，和/或接收外部的数据。通过该数据接口，第二通信单元162的数据(包括旋转台120上的测距单元140和用电器件的数据)、以及底座110上的用电器件的数据均可以与外部进行数据交互传输。

本实施例的旋转式三维测距雷达100还采用了直接设置于旋转台120上的立体视觉单元140，用于实时感应采集其视觉范围内的三维环境信息，从而实时获取一定范围内的三维数据。优选地，本实施例的立体视觉单元140采用双目视觉传感器或深度传感器。双目视觉传感器或深度传感器设置于旋转台120的边沿，且镜头背对旋转台120的旋转轴，从而保证其视野不被遮挡。

进一步地，为了便于旋转台120上的器件的排布，立体视觉单元140还可通过支撑架(说明书附图中未标识)固定设置在旋转台120上，从而使得在空间有限的旋转台120上，可以排布更多的器件。并且，通过支撑架的缓冲作用，可以有效减少旋转台120的旋转对立体视觉单元140采集三维环境信息所造成的影响，更加有利于三维测距雷达的精确测量。此外，相对于立体视觉单元140，支撑架既可以是一个独立的部件，也可与立体视觉单元140相结合，做成一个整件。

角度和转速测量单元180是固定安装在旋转台120上，用于测量当前转动角度和转动速度。本实施例中，角度和转速测量单元180采用位置传感器，通过位置传感器获取当前旋转台120相对于初始零点的角度位置，从而获取当前立体视觉扫描的角度。

如图1所示，本实施例的立体视觉单元140以及角度和转速测量单元180均与第二通信单元162连接，立体视觉单元140采集感知的三维环境信息以及角度和转速测量单元180的测量数据利用电能传输通道从第二通信单元162传送至第一通信单元161处。对测量数据的进一步处理，既可以在底座110上的控制处理单元(未在图1中标识)上进行，也可通过第一通信单元161的数据接口，将测量数据传输至上位机进行处理。

在本实用新型的另一较佳实施方式中，三维测距雷达还可直接在旋转台120上设置一控制处理单元(未在附图中标识)。控制处理单元分别与第二通信单元162、角度和转速测量单元180以及立体视觉单元140连接。角度和转速测量单元180以及立体视觉单元140将数据传输至控制处理单元进行分析、整合、压缩、编码等处理，并将处理结果利用电能传输通道从第二通信单元162传送至第一通信单元161处。进一步地，再将处理结果传输给底座110上的控制处理单元或向外传输至上位机。

此外，为了突出本实用新型的创新部分，本实施例中并没有将与解决本实用新型所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施例中不存在其它的单元。

综上所述，本实用新型的旋转式三维测距雷达，通过在旋转台设置可实时采集其视野范围内的三维环境信息的立体视觉单元，结合角度和转速测量单元所测量的转速和角度信息，可获得旋转式三维测距雷达在360度范围内三维环境信息。进一步地，本实用新型的立体视觉单元采用简单的双目视觉传感器或深度传感器就可实现，结构简单，成本低廉，适用范围广泛；此外，本实用新型通过非接触的方式同时传输电能和数据，降低了被干扰的风险，提高了产品的可靠性。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种旋转式三维测距雷达，其特征在于，包括：底座、旋转台、供电单元、受电单元、第一通信单元、第二通信单元和立体视觉单元；其中，

所述旋转台相对于所述底座是可旋转的；

所述供电单元和所述第一通信单元设置于所述底座上；

所述受电单元、所述第二通信单元和所述立体视觉单元设置于所述旋转台上，并与所述旋转台一起旋转；用于实时采集其视野范围内的三维环境信息的所述立体视觉单元分别与所述受电单元和所述第二通信单元相连；

所述供电单元和所述受电单元之间采用非接触式供电；所述第一通信单元和所述第二通信单元之间采用非接触式数据传输。

2.根据权利要求1所述的旋转式三维测距雷达，其特征在于：所述立体视觉单元为双目视觉传感器或深度传感器。

3.根据权利要求1所述的旋转式三维测距雷达，其特征在于：所述立体视觉单元将实时采集所述三维环境信息传递给所述第二通信单元，并通过所述非接触式数据传输将采集的所述三维环境信息传递至所述第一通信单元。

4.根据权利要求1所述的旋转式三维测距雷达，其特征在于：所述旋转式三维测距雷达还包括设置于所述旋转台上的控制处理单元；所述控制处理单元分别与所述第二通信单元、所述立体视觉单元和所述受电单元连接，用于对所述立体视觉单元实时采集的所述三维环境信息进行处理，并利用所述第二通信单元通过所述非接触式数据传输将处理结果传输至所述第一通信单元。

5.根据权利要求1所述的旋转式三维测距雷达，其特征在于：所述立体视觉单元通过支撑件固定设置于所述旋转台上。

6.根据权利要求1所述的旋转式三维测距雷达，其特征在于：所述旋转式三维测距雷达还包括用于测量所述旋转台的转速和旋转角度的角度和转速测量单元，所述角度和转速测量单元设置在所述旋转台上。

7.根据权利要求1所述的旋转式三维测距雷达，其特征在于：所述第一通信单元和所述第二通信单元之间采用的所述非接触式数据传输包括：单路光信号传输、多路光信号传输、单路无线电信号传输、和/或多路无线电信号传输。

8.根据权利要求1所述的旋转式三维测距雷达，其特征在于：所述供电单元和所述受电单元之间的所述非接触式供电是通过设置于所述底座上的初级线圈和设置于所述旋转台上的次级线圈实现的。

9.根据权利要求8所述的旋转式三维测距雷达，其特征在于：所述第一通信单元与所述初级线圈连接，所述第二通信单元与所述次级线圈连接；通过将数据调制到电能传输波形中，使得数据在电能传输通道中传输，从而实现所述第一通信单元和所述第二通信单元之间的所述非接触式数据传输。

10.根据权利要求8所述的旋转式三维测距雷达，其特征在于：所述第一通信单元通过第一耦合线圈与所述初级线圈连接，所述第二通信单元通过第二耦合线圈与所述次级线圈链接；通过所述第一耦合线圈和所述第二耦合线圈将数据耦合加载至电能传输波形中，使得数据在电能传输通道中传输，从而实现所述第一通信单元和所述第二通信单元之间的非接触式数据传输。