CN211674058U

CN211674058U - 一种激光雷达及扫地机器人

Info

Publication number: CN211674058U
Application number: CN201922248594.9U
Authority: CN
Inventors: 李少海; 郭盖华; 杨白
Original assignee: Shenzhen LD Robot Co Ltd
Current assignee: Shenzhen LD Robot Co Ltd
Priority date: 2019-12-13
Filing date: 2019-12-13
Publication date: 2020-10-16
Anticipated expiration: 2029-12-13

Abstract

本实用新型涉及激光扫描测距技术领域，提供一种激光雷达及扫地机器人，该激光雷达包括：底座，设于底座内的无刷电机、传输线圈、编码盘组件、光通讯反馈组件和旋转模块；旋转模块包括：通过空心轴转动设于底座上的旋转平台以及设于旋转平台顶部的激光测距组件，激光测距组件高于底座设置；无刷电机的电机转子设于旋转平台上，无刷电机的电机定子设于底座上；传输线圈包括接收线圈和发射线圈，传输线圈的接收线圈设于旋转平台上；光通讯反馈组件的发射管和接收管分别位于空心轴两端；空心轴、电机定子、电机转子、接收线圈、发射线圈由内至外同轴设置。本实用新型的激光雷达，结构紧凑，体积小，充分利用底座内空间，形成高度集成一体化结构。

Description

一种激光雷达及扫地机器人

技术领域

本实用新型涉及激光扫描测距技术领域，尤其是涉及一种激光雷达及扫地机器人。

背景技术

扫地机器人在工作过程中，其光电传感装置需要进行360°旋转，以实现对各个方位障碍物距离的采集，其中光电传感装置必然需要相对于其供电模块做旋转运动。在现有的一些激光雷达(激光测距装置)中，整体结构采用可转动的上部和不可转动的下部构成，上部与下部通过轴承相连，利用上部旋转来改变激光雷达的激光收发方向。现有的激光雷达广泛应用于扫地机器人领域，且上部和下部之间在传送信号和传递电能多半是采用滑环并通过皮带或齿轮啮合的方式实现传动，且电机为有刷电机，这种方式存在结构体积较大，寿命较短、噪音大的缺点，导致激光雷达的整体体积较大。由于受现有的激光雷达整体体积较大和扫地机器人内部空间大小的限制，以至于只能将激光雷达置于扫地机器人的顶面外部，以实现对扫地机器人周围环境进行激光测距。而将激光雷达设置在扫地机器人的顶部，这样造成扫地机器人的体积较大，高度较高，无法对底座缝隙较低的家具下方进行清扫。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种激光雷达，旨在解决现有技术中激光雷达过高而无法清扫缝隙较低的家具的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种激光雷达，包括：底座，设于所述底座内的无刷电机、传输线圈、编码盘组件、光通讯反馈组件和旋转模块；

所述旋转模块包括：通过空心轴转动设于所述底座上的旋转平台以及设于所述旋转平台顶部的激光测距组件，所述激光测距组件高于所述底座设置；

所述无刷电机的电机转子设于所述旋转平台上，所述无刷电机的电机定子设于所述底座上；

所述传输线圈包括接收线圈和发射线圈，所述传输线圈的接收线圈设于所述旋转平台上；

所述光通讯反馈组件的发射管和接收管分别位于所述空心轴两端；

所述空心轴、所述电机定子、所述电机转子、所述接收线圈、所述发射线圈由内至外同轴设置。

在一个实施例中，所述激光测距组件包括：数据处理电路板，以及设于所述数据处理电路板上的激光发射器和激光接收器，所述激光发射器和所述激光接收器高于所述底座设置，所述激光发射器和所述激光接收器的激光路径处于同一水平面上并与所述空心轴的轴线相垂直。

在一个实施例中，所述旋转模块外围设有防尘罩，所述防尘罩将所述旋转模块罩住并可供激光穿透。

在一个实施例中，所述底座上凸设有空心柱，所述旋转平台包括：与所述空心轴固定连接的顶盘和设于所述顶盘底面并罩住所述空心柱的环筒，所述电机转子设于所述环筒的内侧壁，所述电机定子设于所述空心柱的外侧壁，所述环筒的外侧壁设有第一凹槽，所述接收线圈设于所述第一凹槽内。

在一个实施例中，所述编码盘组件包括设于所述底座上的光栅检测编码盘和设于所述激光测距组件上的检测元件。

在一个实施例中，所述光栅检测编码盘的外侧壁上设有第二凹槽，所述发射线圈设于所述第二凹槽内。

在一个实施例中，所述光栅检测编码盘呈中空筒状，所述光栅检测编码盘设于所述激光测距组件的下方，所述光栅检测编码盘靠近所述激光测距组件的一端设有多个光栅齿和用于起标定位置作用的定位齿，所述光栅齿和所述定位齿同圆周间隔分布于所述光栅检测编码盘的一端。

在一个实施例中，所述光栅检测编码盘远离所述激光测距组件的一端设有卡钩，所述卡钩卡接在所述底座上。

在一个实施例中，所述底座远离所述旋转模块的一侧设有电机驱动电路板，所述电机驱动电路板与所述电机定子电连接，所述空心轴为空心金属轴，所述空心轴通过两个轴承转动设于所述空心柱内，所述空心轴远离所述旋转平台的一端延伸至所述底座的下方并与所述电机驱动电路板间隔设置。

在一个实施例中，所述发射管设于所述数据处理电路板上，所述接收管设于所述电机驱动电路板上，所述发射管伸入至所述空心轴内。

在一个实施例中，所述发射线圈设于所述光栅检测编码盘或所述底座上，所述发射线圈与所述光栅检测编码盘同轴设置。

本实用新型的另一目的在于提供一种扫地机器人，包括：机器人本体，以及如上所述的激光雷达，所述底座设于所述机器人本体内部，所述激光测距组件高于所述机器人本体的表面。

本实用新型提供的激光雷达及扫地机器人至少具有以下的有益效果：

1、通过发射线圈和接收线圈之间的磁感应实现了无线供电，并通过接收管和发射管实现激光测距组件到电机驱动电路板之间的测距数据传输，这样实现了无线供电和无线信号传输，保证了激光雷达的使用寿命。

2、通过使用无刷电机代替有刷电机，保证了激光雷达的可靠性和使用寿面，同时传输线圈设置在无刷电机的外侧，保证了能量传输量。

3、通过无刷电机和旋转平台共用一个空心轴，节约了一个旋转轴，简化了结构，进而降低了激光雷达的体积。

4、将空心轴、电机定子、电机转子、接收线圈、光栅检测编码盘和发射线圈由内至外同轴设置，这样充分利用底座内的空间，有效地将各零件紧密的装配在一起，形成高度集成一体化结构，能降低各零件装配在一起后的整体厚度，从而相对减少激光雷达的体积，并且该底座能安装在扫地机器人内部，从而有效降低了扫地机器人的高度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的激光雷达的外形结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的激光雷达的剖视结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的激光雷达的爆炸结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的激光雷达的激光测距组件、数据处理电路板和旋转平台的位置装配关系爆炸结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的激光雷达的旋转平台的斜仰视结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的激光雷达的底座的斜俯视结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的激光雷达的编码盘组件的剖视结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的激光雷达的光栅检测编码盘的结构示意图；

图9为本实用新型实施例提供的激光雷达的空心轴的安装零件爆炸示意图。

附图标记：1、底座；12、空心柱；121、凸环；2、无刷电机；21、电机转子；22、电机定子；3、传输线圈；31、发射线圈；32、接收线圈；4、编码盘组件；41、光栅检测编码盘；411、第二凹槽；412、光栅齿；413、定位齿；414、卡钩；42、检测元件；421、发射元件；422、接收元件；5、光通讯反馈组件； 51、发射管；52、接收管；6、旋转模块；61、空心轴；611、卡槽；62、旋转平台；621、顶盘；622、环筒；6221、第一凹槽；623、定位柱；63、激光测距组件；631、激光发射器；632、激光接收器；633、安装壳；634、激光电路板；64、数据处理电路板；641、定位孔；65、轴承；66、垫片；67、卡簧；7、电机驱动电路板；8、防尘罩；9、螺钉。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，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。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实用新型中的具体含义。

如图1和图2所示，现对本实用新型实施例提供的一种激光雷达进行说明。

该激光雷达，包括：底座1，设于底座1内的无刷电机2、传输线圈3、编码盘组件4、光通讯反馈组件5和旋转模块6。

如图2所示，底座1分为上腔和下腔，旋转模块6设于上腔内。旋转模块6 包括：通过空心轴61和轴承65转动设于底座1上的旋转平台62，以及设于旋转平台62顶部的激光测距组件63，激光测距组件63包括数据处理电路板64，激光测距组件63高于底座1设置。数据处理电路板64用于对激光测距组件63 的激光信号进行数据处理，激光测距组件63用于对激光雷达的外界进行激光扫描，从而采集外界环境信息。

如图2和图7所示，编码盘组件4包括：设于底座1上的光栅检测编码盘 41和设于数据处理电路板64下方的检测元件42；检测元件42与数据处理电路板64同步转动，检测元件42包括发射元件421和接收元件422，发射元件421 和接收元件422一体化设置，并位于光栅检测编码盘41的上方，这样发射元件 421发出的光线经光栅检测编码盘41反射给接收元件422，然后通过数据处理电路板64对接收元件422的接收信息进行处理，从而来检测激光测距组件63 的转速和位置信号；编码盘组件4采用反射式的方式进行数据采集，相对于对射式的方式具有体积小的优点。

如图2和图3所示，无刷电机2的电机转子21设于旋转平台62上，无刷电机2的电机定子22设于底座1上；电机转子21转动时，带动旋转平台62同步转动，从而带动激光测距组件63进行360°旋转。

如图2和图3所示，传输线圈3的发射线圈31设于光栅检测编码盘41或底座1上，传输线圈3的接收线圈32设于旋转平台62上；发射线圈31和接收线圈32的最大面积相对设置，这样保证了能量传输量。发射线圈31与外端接口电连接，提供能量，接收线圈32与数据处理电路板64电连接，用于对激光测距组件63提供能量。

如图2所示，底座1远离旋转模块6的一侧设有电机驱动电路板7，电机驱动电路板7与电机定子22电连接，用于对无刷电机2提供电能和控制无刷电机 2的工作方式，电机驱动电路板7通过若干螺钉9固定在底座1的底部。

如图2所示，光通讯反馈组件5的发射管51和接收管52分别位于空心轴61的两端；发射管51用于将激光测距组件63的测距数据电信号转化为光信号并传输给接收管52，这样当数据处理电路板64在旋转过程中，发射管51和接收管52还处于相对静止状态，从而有效保证了发射管51和接收管52之间进行测距数据传输的稳定性。

如图2所示，在本实施例中，空心轴61、电机定子22、电机转子21、接收线圈32、光栅检测编码盘41和发射线圈31由内至外同轴设置，这样使得各个零件之间装配方便，结构紧凑。同时，激光雷达在工作时，空心轴61、旋转平台62、电机转子21、接收线圈32、激光测距组件63和数据处理电路板64同步旋转。

本实用新型实施例提供的激光雷达具有以下的有益效果：

1、通过发射线圈31和接收线圈32之间的磁感应实现了无线供电，并通过接收管52和发射管51实现激光测具组件63到电机驱动电路板7之间的测距数据传输，这样实现了无线供电和无线信号传输，保证了激光雷达的使用寿命。

2、通过使用无刷电机2代替现有的有刷电机，保证了激光雷达的可靠性和使用寿命，同时传输线圈3设置在无刷电机2的外侧，保证了能量传输量。

3、通过无刷电机2和旋转平台62共用一个空心轴61，节约了一个旋转轴，简化了结构，进而降低了激光雷达的体积。

4、通过将空心轴61、电机定子22、电机转子21、接收线圈32、光栅检测编码盘41和发射线圈31由内至外同轴设置，这样有效地将各零件紧密的装配在一起，充分利用了底座1内的空间，能降低各零件上下装配在一起后的整体厚度，从而相对减少激光雷达的体积，并且该底座1能安装在下文中扫地机器人内部，从而有效降低了扫地机器人的高度。

具体地，如图2和图3和图4所示，在本实施例中，激光测距组件63还包括：设于数据处理电路板64上的激光发射器631和激光接收器632，激光发射器631和激光接收器632高于底座1设置，激光发射器631和激光接收器632 的激光路径处于同一水平面上并与空心轴61的轴线相垂直。这样有效保证了激光发射器631和激光接收器632之间进行信号采集的精准性。具体地，激光测距组件63还包括安装壳633和激光电路板634，激光电路板634通过螺丝固定在安装壳633上，激光发射器631和激光接收器632均设置在安装壳633上并与激光电路板634电连接，激光电路板634与数据处理电路板64电连接。安装壳633通过螺钉9固定在旋转平台62上。

如图1和图2所示，在旋转模块6外围设有防尘罩8，防尘罩8将旋转模块 6罩住并可供激光穿透。防尘罩8用于其防尘和保护作用，防尘罩8通过螺钉9 固定在底座1上。

如图2、图4和图6所示，在本实施例中，底座1上凸设有空心柱12，旋转平台62包括：与空心轴61固定连接的顶盘621和设于顶盘621底面并罩住空心柱12的环筒622，旋转平台62为塑胶件，电机转子21设于环筒622的内侧壁，电机定子22设于空心柱12的外侧壁。其中环筒622和空心柱12用于将无刷电机2的电机转子21和电机定子22分别与其他零件隔离，从而有效防止各零件之间的相互干扰，同时也用于保证将无刷电机2的电能转化为电机转子21的转动能。

如图2和图4所示，在顶盘621的顶面设有两定位柱623，数据处理电路板 64上设有两定位孔641，数据处理电路板64通过定位柱623插接在定位孔641 中实现快速定位安装，同时数据处理电路板64还通过螺丝与顶盘621固定连接，又保证了数据处理电路板64安装的稳定性。在本实施例中，安装壳633上设有两个套柱，两个套柱分别可套接在相对应的定位柱623上，然后通过螺钉9将套柱与定位柱623固定连接，从而实现激光测距组件63牢固地安装在顶盘621 上，使得定位柱623既具有定位功能，又具有安装功能，简化了安装结构。

在本实施例中，如图2、图4和图5所示，在环筒622的外侧壁设有第一凹槽6221，接收线圈32设于第一凹槽6221内，如图2和图7所示，光栅检测编码盘41的外侧壁上设有第二凹槽411，发射线圈31设于第二凹槽411内。通过将接收线圈32设于第一凹槽6221内，发射线圈31设有第二凹槽411内，这样使得接收线圈32和发射线圈31隐藏式安装，从而无需为了避免其他零件碰触到接收线圈32和发射线圈31而预留较多的空隙，从而提供了结构紧凑性，降低了激光雷达的体积大小。

如图2、图7和图8所示，在本实施例中，光栅检测编码盘41呈中空筒状，光栅检测编码盘41设于数据处理电路板64的下方，光栅检测编码盘41靠近数据处理电路板64的一端设有多个呈圆周间隔分布的光栅齿412，以及用于起标定位置作用的一个定位齿413，光栅齿412和定位齿413同圆周间隔分布于光栅检测编码盘41的同一端。在本实施例中，相邻两光栅齿412之间的凹槽宽度相同，各个光栅齿412的宽度均相同，定位齿413的宽度小于或大于光栅齿412 的宽度，从而使得光栅齿412和定位齿413的反射率不相同，以便计算检测元件42随旋转平台62的转速和位置。在本实施例中，检测元件42的旋转半径与光栅检测编码盘41的半径相同，这样检测元件42与光栅齿412和定位齿413 呈上下设置。光栅齿412和定位齿413的反射面为平面或斜面或弧面。

如图2、如图5和图7所示，在本实施例中，光栅检测编码盘41远离数据处理电路板64的一端设有卡钩414，底座1上设有卡孔，卡钩414穿过卡孔卡接在底座1上，这样方便光栅检测编码盘41的安装与拆卸。

如图2所示，在本实施例中，空心轴61为空心金属轴，这样用于提高接收管52和发射管51通过空心轴61进行光信号传输抗干扰性，保证光信号传输的稳定性和精准性。空心轴61通过两个轴承65转动设于空心柱12内，空心轴61 远离旋转平台62的一端延伸至底座1的下方并与电机驱动电路板7间隔设置。如图2、图6和图9所示，在空心柱12内设有凸环121，两个轴承65分别位于凸环121的两个，从而实现两个轴承65间隔设于空心轴61上，其中在空心轴 61上还设有两个垫片66，两个轴承65位于两个垫片66之间，其中空心轴61 远离旋转平台62的一端设有卡槽611，卡槽611处设有卡簧67，卡簧67的设计用于方便垫片66和轴承65安装在空心轴61上。轴承65设置两个用于保证空心轴61转动时的平稳性，使得空心轴61在承受旋转模块6进行转动时，不会出现摆动的现象。

如图2所示，在本实施例中，发射管51设于数据处理电路板64上，接收管52设于电机驱动电路板7上，发射管51伸入至空心轴61内，这样使得接收管52仅接收发射管51发射给出的光信号，保证了光信号传输的精准性。

本实用新型实施例还提供一种扫地机器人，包括机器人本体和上述的激光雷达，其中，激光雷达的底座1完全安装在机器人本体内，激光测距组件63和防尘罩8凸出机器人本体的表面设置，这样方便激光测距组件63对扫地机器人的外界进行激光扫描。由于激光雷达的体积小，可以将底座1完全安装在机器人本体内，这样既降低了扫地机器人的整体高度，又没有增加扫地机器人的体积大小，这样大大提高了扫地机器人的工作适用环境。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种激光雷达，其特征在于，包括：底座，设于所述底座内的无刷电机、传输线圈、编码盘组件、光通讯反馈组件和旋转模块；

2.根据权利要求1所述的一种激光雷达，其特征在于：所述激光测距组件包括：数据处理电路板，以及设于所述数据处理电路板上的激光发射器和激光接收器，所述激光发射器和所述激光接收器高于所述底座设置，所述激光发射器和所述激光接收器的激光路径处于同一水平面上并与所述空心轴的轴线相垂直。

3.根据权利要求1所述的一种激光雷达，其特征在于：所述旋转模块外围设有防尘罩，所述防尘罩将所述旋转模块罩住并可供激光穿透。

4.根据权利要求2所述的一种激光雷达，其特征在于：所述底座上凸设有空心柱，所述旋转平台包括：与所述空心轴固定连接的顶盘和设于所述顶盘底面并罩住所述空心柱的环筒，所述电机转子设于所述环筒的内侧壁，所述电机定子设于所述空心柱的外侧壁，所述环筒的外侧壁设有第一凹槽，所述接收线圈设于所述第一凹槽内。

5.根据权利要求1所述的一种激光雷达，其特征在于：所述编码盘组件包括设于所述底座上的光栅检测编码盘和设于所述激光测距组件上的检测元件。

6.根据权利要求5所述的一种激光雷达，其特征在于：所述光栅检测编码盘的外侧壁上设有第二凹槽，所述发射线圈设于所述第二凹槽内。

7.根据权利要求5所述的一种激光雷达，其特征在于：所述光栅检测编码盘呈中空筒状，所述光栅检测编码盘设于所述激光测距组件的下方，所述光栅检测编码盘靠近所述激光测距组件的一端设有多个光栅齿和用于起标定位置作用的定位齿，所述光栅齿和所述定位齿同圆周间隔分布于所述光栅检测编码盘的一端。

8.根据权利要求7所述的一种激光雷达，其特征在于：所述光栅检测编码盘远离所述激光测距组件的一端设有卡钩，所述卡钩卡接在所述底座上。

9.根据权利要求4所述的一种激光雷达，其特征在于：所述底座远离所述旋转模块的一侧设有电机驱动电路板，所述电机驱动电路板与所述电机定子电连接，所述空心轴为空心金属轴，所述空心轴通过两个轴承转动设于所述空心柱内，所述空心轴远离所述旋转平台的一端延伸至所述底座的下方并与所述电机驱动电路板间隔设置。

10.根据权利要求9所述的一种激光雷达，其特征在于：所述发射管设于所述数据处理电路板上，所述接收管设于所述电机驱动电路板上，所述发射管伸入至所述空心轴内。

11.根据权利要求5所述的一种激光雷达，其特征在于：所述发射线圈设于所述光栅检测编码盘或所述底座上，所述发射线圈与所述光栅检测编码盘同轴设置。

12.一种扫地机器人，其特征在于，包括：机器人本体，以及如权利要求1-11中任一项所述的激光雷达，所述底座设于所述机器人本体内部，所述激光测距组件高于所述机器人本体的表面。