CN208156197U - 多线旋转式激光雷达装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多线旋转式激光雷达装置，该装置包括旋转驱动机构、旋转架和至少一组激光器，每组激光器包括多个激光器并分多个方向安装于旋转架上，各激光器在旋转时的激光扫描面两两相交成预定角度，所述旋转驱动机构连接所述旋转架以驱动所述旋转架转动，使各激光器旋转，通过多个激光器从多个不同角度进行激光扫描。上述多线旋转式激光雷达装置采用旋转式结构，每个激光器能扫描形成一个激光扫描平面，多个激光器按照规则排布，同时扫描多个方向的不同角度平面，用较少的激光器就能达到良好的3D激光扫描效果，扫描方式快速高效，构成三维的激光扫描，广泛应用于驾驶辅助系统、无人驾驶系统及移动机器人、无人驾驶飞机避障与导航等领域。

Description

多线旋转式激光雷达装置

技术领域

本实用新型涉及激光扫描技术领域，具体涉及一种多线旋转式激光雷达装置。

背景技术

随着激光技术的发展，激光扫描技术越来越广泛地应用于测量、交通、驾驶辅助和无人机、移动机器人等领域。现有的激光扫描雷达一般制造成本高，结构较为复杂，有些则是体积和质量都较大，不利于在激光雷达在驾驶辅助系统、无人驾驶系统及移动机器人、无人驾驶飞机避障与导航领域的应用。

激光扫描主要是通过快速持续地发射多个脉冲，这些发射的方向以某种方式连续变化，将每个距离测量值看成一个像素，快速持续发射和记录的像素的收集就称为“点云”。目前，有些激光扫描装置利用单激光发射器、探测器结合一些移动的镜子的结合体以实现跨过至少一个面的扫描。这种装置仅仅能绘制二维的点云，然而，目前对于激光扫描应用来说，二维的扫描结果难以满足当前需求，人们常常需要三维点云。因此，进行三维或3D扫描成为目前研究的热点和难点之一。

实用新型内容

有鉴于此，有必要提供一种快速高效、能同时扫描多方向多面三维式的多线旋转式激光雷达装置，其通过采用量少的激光器达到良好的3D激光扫描效果。

一种多线旋转式激光雷达装置，包括旋转驱动机构、旋转架和至少一组激光器，每组激光器包括多个激光器并分多个方向安装于旋转架上，各激光器在旋转时的激光扫描面两两相交成预定角度，所述旋转驱动机构连接所述旋转架以驱动所述旋转架转动，使各激光器旋转，通过多个激光器从多个不同角度进行激光扫描。

进一步地，所述旋转驱动机构为电机，所述旋转架包括转接轴，所述转接轴连接于电机。

进一步地，所述旋转架上还设有一个无源编码器，用于在激光器旋转时监测到各激光器的旋转角度方位。

进一步地，多线旋转式激光雷达装置还包括光电传感器，所述光电传感器固定设置并与无源编码器位置对应，用于感测旋转过程中无源编码器反馈的光信号，以监测到各激光器的旋转角度方位。

进一步地，还包括线路板，所述线路板还具有控制芯片、电机驱动模块，所述控制芯片与所述电机驱动模块连接，用于控制电机驱动模块，所述电机驱动模块在控制芯片的控制下，驱动电机。

进一步地，所述线路板还具有数据接收模块，所述数据接收模块与光电传感器无线连接，用于接收光电传感器的数据，所述控制芯片与所述数据接收模块连接，用于处理所述数据接收模块的数据。

进一步地，所述线路板还具有接口电路及其接口，所述接口电路与控制芯片连接，用于进行数据传输。

进一步地，所述线路板还具有无线充电模块，所述无源编码器上具有无线充电线圈，所述光电传感器连接有无线充电接收线圈，所述无线充电模块具有无线充电发射线圈，用于给无线充电接收线圈进行无线充电，所述无线充电模块与控制芯片连接，并在控制芯片控制下进行无线充电。

进一步地，至少一组激光器为两组或多组，每组为四个激光器并按照四个象限方向分布，每组中的多个激光器由旋转架的同一圆周向四个方位延伸，两组或多组激光器的延伸圆周面在旋转架上由上到下依次排列，各组中的全部激光器两两相交的预定角度相同。

进一步地，各个激光器在旋转时的转动面两两相交所成的预定角度为2～5度。

上述多线旋转式激光雷达装置采用旋转式结构，每个激光器能扫描形成一个激光扫描平面，多个激光器按照规则排布，可以同时扫描多个方向的不同角度平面，通过用最少的激光器就能达到良好的3D激光扫描效果。而且旋转结构使得扫描方式快速高效，多个激光器同时扫描多方向多个不同角度的面，形成三维的激光扫描空间。

附图说明

图1是本实用新型实施例一的多线旋转式激光雷达装置的立体结构示意图。

图2是图1中的多线旋转式激光雷达装置的俯视结构示意图。

图3是沿图2中的多线旋转式激光雷达装置的A-A线的剖视结构示意图。

图4是本实用新型实施例一的多线旋转式激光雷达装置的功能模块结构框图。

图5是本实用新型实施例二的多线旋转式激光雷达装置的剖视结构示意图。

具体实施方式

以下将结合具体实施例和附图对本实用新型进行详细说明。

请参照实施例图1和2，示出本实施例一提供的一种多线旋转式激光雷达装置100，包括旋转驱动机构10、旋转架20和至少一组激光器，每组激光器包括多个激光器31并分多个方向安装于旋转架20上，各激光器31在旋转时的激光扫描面两两相交成预定角度，所述旋转驱动机构10连接所述旋转架20以驱动所述旋转架20转动，使各激光器31旋转，通过多个激光器31从多个不同角度进行激光扫描。

具体地，上述各器件收容于壳体11内，壳体11包括上腔111和下腔112，优选地，上腔 111为透明的，例如为玻璃腔体，为透光镜面结构。所述旋转驱动机构10为电机。图示的实施例中，上腔111和下腔112都是圆筒状，下腔112的直径略大于上腔111。

具体地，所述旋转架20包括转接轴21，所述转接轴21连接于电机10。每个激光器31分别通过安装板或安装支架安装于旋转架20的顶端或靠近顶端。优选地，各个激光器31在旋转时的转动面两两相交所成的预定角度为2～5度。而且，任意相邻的两个激光器31相交的预定角度相同，并且全部激光器31从侧面看，从上到下呈张开形状或发散形态。

进一步地，所述旋转架20上还设有一个无源编码器40，用于在激光器31旋转时监测到各激光器31的旋转角度方位。关于无源编码器40的结构请参阅同一申请人的另一专利号为 201621062992.1，名称为“旋转扫描编码装置”实用新型，该实用新型专利全文内容引入本申请作参考。

多线旋转式激光雷达装置100还包括光电传感器42，所述光电传感器42固定设置并与无源编码器40位置对应，用于感测旋转过程中无源编码器40反馈的光信号，以监测到各激光器31的旋转角度方位。光电传感器42可以是固定在电机上或者电机座上，位置固定不旋转。

请再参阅图3和4，多线旋转式激光雷达装置100还包括线路板50，所述线路板50还具有控制芯片51、电机驱动模块54，所述控制芯片51与所述电机驱动模块54连接，用于控制电机驱动模块54，所述电机驱动模块54在控制芯片51的控制下，驱动电机11。线路板50 还具有数据接收模块52，所述数据接收模块52与光电传感器42无线连接，用于接收光电传感器42发来的数据，所述控制芯片51与所述数据接收模块52连接，用于处理所述数据接收模块52的数据。

进一步地，所述线路板50还具有无线充电模块55，所述光电传感器42连接有无线充电线圈，所述无线充电模块55具有无线充电发射线圈，用于给无线充电接收线圈进行无线充电，所述无线充电模块55与控制芯片51连接，并在控制芯片51控制下进行无线充电。进一步地，所述线路板50还具有接口电路56及其接口，所述接口电路与控制芯片51连接，用于进行数据传输。优选地，接口电路56采用USB接口电路，通过USB接口连接，当然也可以采用其他接口方式，不限于此。关于无线充电方面的技术结构请参阅同一申请人的另一专利号为 201620342332.2，名称为“一种旋转式激光扫描传感器”的实用新型，该实用新型专利全文内容引入本申请作参考。

请参阅图5，示出本实施例二提供的一种多线旋转式激光雷达装置200，多线旋转式激光雷达装置200的结构与实施例一的多线旋转式激光雷达装置100基本上相同，两者主要不同之处在于，实施例二中的激光器为两组，当然在其他实施例中可以是三组或更多组激光器31。图4和图1、图2中相同的符号表示基本相同的元件，在此不再赘述。

如图4所示，两组激光器为第一组激光器31和第二组激光器32，其中第一组激光器31 与实施例一基本相同，第二组也是在同样的四个象限内分布，整个是俯仰角不同，本实施例中将第一组中各激光器31设置为俯冲形式，第二组中各激光器32设置为仰起结构，也就是，为四个激光器31并按照四个象限方向向上仰起分布，每组中的多个激光器31由旋转架20的同一圆周向四个方位延伸，两组激光器31的延伸圆周面在旋转架20上由上到下依次排列，各组中的全部激光器31两两相交的预定角度相同，并且全部激光器31从侧面看，从上到下呈张开形状或发散形态。更进一步地，其中一个激光器31的激光发射角度设定为水平方向，从侧面投影来看，以该激光器31为大致中间位置，上下的激光器基本上是相对于该中间的激光器31呈向外散开形式，更有利于形成均匀致密地三维扫描表面。

实际应用时，以夹角为2.5度为例，两组激光器31和32共8个，整个激光器31形成角度范围为17.5度的致密多面扫描区域，即基本上可以覆盖远近距离的环境或物体，当应用于无人机或无人汽车时，可以为其扫描障碍，一旦有障碍，立即反馈，使无人机或无人汽车作出相应动作。

由此可知，上述多线旋转式激光雷达装置采用旋转式结构，每个激光器31能扫描形成一个激光扫描平面，多个激光器31按照规则排布，可以同时扫描多个方向的不同角度平面，通过用最少的激光器31就能达到良好的3D激光扫描效果。而且旋转结构使得扫描方式快速高效，多个激光器31同时扫描多方向多个不同角度的面，形成三维的激光扫描空间。

需要说明的是，本实用新型并不局限于上述实施方式，根据本实用新型的创造精神，本领域技术人员还可以做出其他变化，这些依据本实用新型的创造精神所做的变化，都应包含在本实用新型所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种多线旋转式激光雷达装置，其特征在于，包括旋转驱动机构、旋转架和至少一组激光器，每组激光器包括多个激光器并分多个方向安装于旋转架上，各激光器在旋转时的激光扫描面两两相交成预定角度，所述旋转驱动机构连接所述旋转架以驱动所述旋转架转动，使各激光器旋转，通过多个激光器从多个不同角度进行激光扫描。

2. 如权利要求1所述的多线旋转式激光雷达装置， 其特征在于，所述旋转驱动机构为电机，所述旋转架包括转接轴，所述转接轴连接于电机。

3. 如权利要求1所述的多线旋转式激光雷达装置， 其特征在于，所述旋转架上还设有一个无源编码器，用于在激光器旋转时监测到各激光器的旋转角度方位。

4. 如权利要求3所述的多线旋转式激光雷达装置， 其特征在于，还包括光电传感器，所述光电传感器固定设置并与无源编码器位置对应，用于感测旋转过程中无源编码器反馈的光信号，以监测到各激光器的旋转角度方位。

5. 如权利要求4所述的多线旋转式激光雷达装置， 其特征在于，还包括线路板，所述线路板还具有控制芯片、电机驱动模块，所述控制芯片与所述电机驱动模块连接，用于控制电机驱动模块，所述电机驱动模块在控制芯片的控制下，驱动电机。

6. 如权利要求5所述的多线旋转式激光雷达装置， 其特征在于，所述线路板还具有数据接收模块，所述数据接收模块与光电传感器无线连接，用于接收光电传感器的数据，所述控制芯片与所述数据接收模块连接，用于处理所述数据接收模块的数据。

7. 如权利要求6所述的多线旋转式激光雷达装置， 其特征在于，所述线路板还具有接口电路及其接口，所述接口电路与控制芯片连接，用于进行数据传输。

8. 如权利要求5所述的多线旋转式激光雷达装置， 其特征在于，所述线路板还具有无线充电模块，所述光电传感器连接有无线充电接收线圈，所述无线充电模块具有无线充电发射线圈，用于给无线充电接收线圈进行无线充电，所述无线充电模块与控制芯片连接，并在控制芯片控制下进行无线充电。

9. 如权利要求1所述的多线旋转式激光雷达装置， 其特征在于，至少一组激光器为两组或多组，每组为四个激光器并按照四个象限方向分布，每组中的多个激光器由旋转架的同一圆周向四个方位延伸，两组或多组激光器的延伸圆周面在旋转架上由上到下依次排列，各组中的全部激光器两两相交的预定角度相同。

10. 如权利要求1所述的多线旋转式激光雷达装置， 其特征在于，各个激光器在旋转时的转动面两两相交所成的预定角度为2~5度。