CN213843524U - 光学测量模块、激光雷达和移动机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及信息技术领域，公开一种光学测量模块、激光雷达和移动机器人。其中，所述光学测量模块包括：光发射组件；光接收组件；安装支架，其包括底座、第一固定件和第二固定件；所述光发射组件和所述光接收组件设置在所述底座上，所述光发射组件用于发出光线，所述光线经待测物反射后透过所述光接收组件；第一固定件独立地将所述光发射组件固定在所述底座上，第二固定件独立地将所述光接收组件固定在所述底座上。本实用新型实施例提供的光学测量模块通过第一固定件和第二固定件分别独立地固定光发射组件和光接收组件，可减少装配应力；相应地，可极大地减少装配应力对光发射组件和光接收组件的相对位置的影响，使得测量误差较小。

Description

光学测量模块、激光雷达和移动机器人

技术领域

本实用新型涉及信息技术领域，特别是涉及一种光学测量模块和具有这种光学测量模块的激光雷达以及移动机器人。

背景技术

随着元器件的小型化、成本低廉化，空间定位技术越来越普及，其可应用在例如家用移动机器人、无人机、无人驾驶等自主导航领域。在空间定位技术中，光学定位技术因其具有精度高、响应快的特点，被广泛应用。

最常见的光学测量模块基本包含一个光发射组件和一个光接收组件。光学测量模块所涉及的定位方法有脉冲时间差法、相位差法以及三角测量法等。这几种方法中，相位差法的精度高、测量距离远，但测量频率低、响应较慢，不适合高速移动测量；脉冲时间差法的测量频率高、响应快，但是对硬件要求很高；三角测量法是较折中的办法，其测量距离和精度适中、响应较快、硬件成本相对较低。因此，大部分的消费级光学定位装置如扫地机器人用的激光雷达，广泛采用三角测量法。

如图1所示，为一种相关技术的光学测量模块1。所述光学测量模块1可基于三角测量法并且主要包含一个激光发射组件2，和一个图像传感器组件3。所述光学测量模块1测量的原理是通过激光发射组件2发出激光，目标反射光经过光接收组件4由图像传感器组件3捕获，并在图像传感器组件3的某一区域位置产生信号响应。

所述光学测量模块1还可包括具有底座5和上盖6的模组支架7，用以将激光发射组件2、光接收组件4、图像传感器组件3安装在模组支架7上。在实际组装结构中，基本是通过模组支架7的上盖6的变形，使得激光发射组件2、光接收组件4固定在模组支架7的底座5。

然而，由于上盖6和底座5的整体强度基本一致，因此当上盖6和底座5通过锁螺丝固定后，上盖6和底座5的变形基本一致。这会造成整体的装配应力很大，需要生产中加入去应力的工艺，否则会导致激光发射组件2、光接收组件4的相对位置因为应力的释放而发生变化，造成目标物在图像传感器组件3上的成像产生差异，从而使得测量误差较大。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种光学测量模块，能够降低组装结构中对安装支架的应力，进而减少测量误差。

本实用新型实施例解决其技术问题提供以下技术方案：

一种光学测量模块，包括：光发射组件；光接收组件；安装支架，所述安装支架包括底座、第一固定件和第二固定件；其中，所述光发射组件和所述光接收组件设置在所述底座上，所述光发射组件用于发出光线，所述光线经待测物反射后透过所述光接收组件；所述第一固定件独立地将所述光发射组件固定在所述底座上，所述第二固定件独立地将所述光接收组件固定在所述底座上。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一固定件为片状体或粘结物；并且，所述第二固定件为片状体或粘结物。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一固定件和所述第二固定件均为金属片。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一固定件包括第一压接部和两个第一连接部，所述两个第一连接部位于所述第一压接部的两侧；所述第一压接部用于压接在所述光发射组件上，所述第一连接部用于连接到所述底座上；和/或，所述第二固定件包括第二压接部和两个第二连接部，所述两个第二连接部位于所述第二压接部的两侧；所述第二压接部用于压接在所述光接收组件上，所述第二连接部用于连接到所述底座上。

作为上述技术方案的进一步改进，在所述光发射组件的轴向方向上，所述第一固定件的尺寸小于所述底座的尺寸；在所述光接收组件的轴向方向上，所述第二固定件的尺寸小于所述底座的尺寸。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一固定件和所述第二固定件之间还具有连接片，所述连接片比所述第一固定件或所述第二固定件的宽度窄。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一固定件、所述第二固定件和所述连接片是一体成型的构件。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一固定件和所述第二固定件均为粘结物，并且，所述粘结物至少设置在所述底座与所述光发射组件和所述光接收组件所围成的夹角区域内。

作为上述技术方案的进一步改进，所述底座具有第一收容凹槽和第二收容凹槽，所述第一收容凹槽用于收容所述光发射组件的一部分，所述第二收容凹槽用于收容所述光接收组件的一部分。

作为上述技术方案的进一步改进，所述光学测量模块还包括：电路板组件，具有图像传感器；其中，所述电路板组件固定于所述安装支架的底座上，所述光发射组件用于发出光线，所述光线经待测物反射后透过所述光接收组件被所述电路板组件的图像传感器接收。

本实用新型实施例解决其技术问题还提供以下技术方案：

一种激光雷达，包括：任一以上所述的光学测量模块；以及旋转云台，所述旋转云台包括基座、旋转座、传动机构和驱动装置，所述旋转座可转动地安装于所述基座，所述驱动装置安装于所述基座，所述传动机构连接所述旋转座和驱动装置，所述光学测量模块设置于所述旋转座。

本实用新型实施例解决其技术问题还提供以下技术方案：

一种移动机器人，其特征在于，包括以上所述的激光雷达。

与现有技术相比较，本实用新型实施例提供的光学测量模块，通过第一固定件和第二固定件分别独立地固定所述光发射组件和所述光接收组件，从而降低了由第一固定件和第二固定件构成的上盖的强度，减少了装配应力；相应地，可极大地减少装配应力对所述光发射组件和所述光接收组件的相对位置的影响，能够降低目标物在图像传感器上的成像产生的差异，使得测量误差较小。

附图说明

一个或多个实施通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为一种相关技术的光学测量模块的立体示意图；

图2本实用新型第一实施例提供的一种光学测量模块的立体示意图；

图3本实用新型第二实施例提供的一种光学测量模块的立体示意图；

图4本实用新型第三实施例提供的一种光学测量模块的立体示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种激光雷达的立体示意图；

图6为图5所示激光雷达的立体分解示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”、“底部”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”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

请参阅图2，为本实用新型第一实施例提供的一种光学测量模块100的立体示意图。如图2所示，所述光学测量模块100主要可包括光发射组件10、光接收组件20和安装支架30。

所述光发射组件10用于发射测量光信号，其可以为一个或多个激光器，例如TO封装或贴片封装的半导体激光发射器。光发射组件10也可发射能够测量用的其它光线，例如红外光线。

所述光接收组件20可以为一个或多个光学器件组成，能够对接收到的例如激光信号的光信号进行调整。所述光接收组件20例如可为镜头组件。

所述安装支架30可包括底座31、第一固定件34和第二固定件37。其中，所述光发射组件10和所述光接收组件20可设置在所述底座31上，所述光发射组件10用于发出光线以提供测量光信号，所述光线经待测物反射后透过所述光接收组件20。所述第一固定件34用于独立地将所述光发射组件10固定在所述底座31上，所述第二固定件37用于独立地将所述光接收组件20固定在所述底座31上。

在此指出，本文所述的“独立地”指的是所述第一固定件34将所述光发射组件10固定在所述底座31上时，不对所述底座31产生大的应力作用，进而降低所述底座31的变形，并且也不影响第二固定件37将所述光接收组件20固定在所述底座31上；同样地，所述第二固定件37将所述光接收组件20固定在所述底座31上时，不对所述底座31产生大的应力作用，进而降低所述底座31的变形，并且也不影响第一固定件34将所述光发射组件10固定在所述底座31上。

在一些实施例中，如图2所示，所述第一固定件34和所述第二固定件37均可为片状体，例如可为金属片、塑料片等，也就是说第一固定件34和第二固定件37均可采用片状的材料形成。从而，由于采用的是片状体，其在固定光发射组件10和光接收组件20时容易通过自身的变形而适应底座31的形状，不会对底座31产生大的应力作用，进而降低所述底座31的变形。

在进一步的一些实施例中，所述第一固定件34和所述第二固定件37均可为不锈钢片，也就是说用片状的不锈钢材料制成所述第一固定件34和所述第二固定件37。

在进一步的一些实施例中，如图2所示，所述第一固定件34可包括第一压接部35和两个第一连接部36，所述两个第一连接部36位于所述第一压接部35的两侧；所述第一压接部35用于压接在所述光发射组件10上，所述第一连接部36用于连接到所述底座31上。例如，所述第一连接部36上可设有通孔或螺纹孔，进而可通过螺钉拧紧在所述底座31上；所述第一压接部35可为部分的圆柱形表面，以匹配光发射组件10的圆柱形表面。类似地，所述第二固定件37可包括第二压接部38和两个第二连接部39，所述两个第二连接部39位于所述第二压接部38的两侧；所述第二压接部38用于压接在所述光接收组件20上，所述第二连接部39用于连接到所述底座31上。例如，所述第二连接部39上可设有通孔或螺纹孔，进而可通过螺钉拧紧在所述底座31上；所述第二压接部38可为部分的圆柱形表面，以匹配光接收组件20的圆柱形表面。

在进一步的一些实施例中，如图2所示，在所述光发射组件10的轴向方向X1上，所述第一固定件34的尺寸小于所述底座31的尺寸；也就是说，在轴向方向X1上，所述第一固定件34的宽度设置成小于所述底座31的宽度；从而，由于第一固定件34的尺寸较小，其不易对底座31产生大的应力作用。类似地，在所述光接收组件20的轴向方向X2上，所述第二固定件37的尺寸小于所述底座31的尺寸；也就是说，在轴向方向X2上，所述第二固定件37的宽度设置成小于所述底座31的宽度；从而，由于第二固定件37的尺寸较小，其不易对底座31产生大的应力作用。

在进一步的一些实施例中，如图2所示，所述底座31可具有第一收容凹槽32和第二收容凹槽(图未示)，所述第一收容凹槽32用于收容所述光发射组件10的一部分，所述第二收容凹槽用于收容所述光接收组件20的一部分。例如，所述光发射组件10整体可具有圆柱形部段，相应地所述第一收容凹槽32可呈大致半圆柱形，以收容光发射组件10的圆柱形部段；类似地，所述光接收组件20整体可具有圆柱形部段，相应地所述第二收容凹槽可呈大致半圆柱形，以收容光接收组件20的圆柱形部段。从而，通过使配合部分在形状上的匹配，可将所述光发射组件10和光接收组件20更稳定地固持在所述底座31上。

在进一步的一些实施例中，如图1所示，所述光学测量模块100还可包括电路板组件50。所述电路板组件50可具有图像传感器，所述电路板组件50可固定于所述安装支架30的底座31上，并且使得所述图像传感器与光接收组件20相对。所述光发射组件10用于发出例如激光的光线，所述光线经待测物反射后透过所述光接收组件20被所述电路板组件50的图像传感器接收。

所述图像传感器可以为电荷藕合器件(Charge Coupled Device，CCD)或互补型金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide Semi-conductor,CMOS)，能够通过光电器件的光电转换功能，将感光面上的光像转换为与光像成相应比例关系的电信号。图像传感器可以通过熔接、焊接等导电连接方式设置在所述电路板组件50上，当然，图像传感器还可以以任何类型的导电连接与所述电路板组件50进行连接，例如，导电粘合剂、导电橡胶、弹簧触点、柔性印刷电路板、接合线或插入式连接(THT)等、或其组合。

所述电路板组件50还可包括电路板，所述电路板可为印刷电路板。所述电路板可包括基板，基板可以为以下材料制备而成：Cu合金，诸如黄铜和青铜；不锈钢，具体为低合金不锈钢；镁合金；铝；铝合金，具体为锻造(wrought)铝合金，诸如例如EN AW-6061，等等。此外，电路板的基板还可以利用玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷等材料制备而成。当电路板的基板由金属材料制成时，能够很好地耗散热量，抵消热张力。

请参阅图3，为本实用新型第二实施例提供的一种光学测量模块100的立体示意图。所述第二实施例的光学测量模块100与图2所示光学测量模块100基本相同，其区别在于：在所述第二实施例的光学测量模块100中，所述第一固定件34和所述第二固定件37之间还具有连接片40，所述连接片40比所述第一固定件34或所述第二固定件37的宽度窄。例如，当所述第一固定件34比所述第二固定件37的宽度大时，所述连接片40可采用与所述第二固定件37相等或更小的宽度，从而比所述第一固定件34的宽度窄。由于连接片40为片状，并且具有较小的宽度，因此其也不易对底座31产生大的应力作用。

在一些实施例中，如图3所示，所述第一固定件34、所述第二固定件37和所述连接片40可以是一体成型的构件。例如，可采用诸如不锈钢片的金属片一次冲压制成包括所述第一固定件34、所述第二固定件37和所述连接片40的构件。从而，由于只有一个零件，物料成本基本不变，加工费用则可减半，并且使得所述第一固定件34和所述第二固定件37的组装工序减少。

请参阅图4，为本实用新型第三实施例提供的一种光学测量模块100的立体示意图。所述第三实施例的光学测量模块100与图2所示光学测量模块100基本相同，其区别在于：在所述第三实施例的光学测量模块100中，所述第一固定件34为粘结物，并且所述第二固定件37为粘结物。也就是说，第一固定件34和第二固定件37可为能够将所述光发射组件10和光接收组件20牢固地粘结在所述底座31上的粘结剂的固化物。例如，在组装过程中，可用点胶的方式涂覆胶水，以此来固定光发射组件10和光接收组件20。如图4所示，所述粘结物至少设置在所述底座31与所述光发射组件10和所述光接收组件20所围成的夹角区域内。更具体而言，粘结物形式的第一固定件34可设置在所述底座31与所述光发射组件10所围成的夹角区域内，从而粘结所述底座31的一部分表面和所述光发射组件10的一部分表面，进而将二者连接固定在一起。粘结物形式的第二固定件37可设置在所述底座31与所述光接收组件20所围成的夹角区域内，从而粘结所述底座31的一部分表面和所述光接收组件20的一部分表面，进而将二者连接固定在一起。进一步地，粘结物形式的第二固定件37还可整体性地覆盖光接收组件20的一部分，并且在两侧也覆盖在底座31的一部分表面上，从而可增加连接面积，达到提高固持力的效果。

在其它一些实施例中，可以将所述第一固定件34设置为上述的片状体；并且将所述第二固定件37设置为上述的粘结物。也就是说，片状体和粘结物可根据需要组合使用。

基于此，本实用新型实施例提供的光学测量模块100，通过第一固定件34和第二固定件37分别独立地固定所述光发射组件10和所述光接收组件20，从而降低了由第一固定件34和第二固定件37构成的上盖的强度，减少了装配应力；相应地，可极大地减少装配应力对所述光发射组件10和所述光接收组件20的相对位置的影响，能够降低目标物在图像传感器上的成像产生的差异，使得测量误差较小。此外，将光发射组件10和光接收组件20这些光学模组安装后，不需要再次人工去应力，减少了生产时间及生产成本；第一固定件34和第二固定件37为拆分的两部分时，它们的加工工艺更加简单、精度要求降低，并且可极大地减少物料的使用量。

请参阅图5和图6，分别为本实用新型实施例提供的一种激光雷达200的立体示意图和立体分解示意图。如图5和图6所示，所述激光雷达200主要可包括任一以上所述的光学测量模块100，以及旋转云台60。

所述旋转云台60可包括基座61、旋转座62、传动机构63和驱动装置64，所述旋转座62可转动地安装于所述基座61，所述驱动装置64安装于所述基座61，所述传动机构63连接所述旋转座62和驱动装置64，所述光学测量模块100设置于所述旋转座62。

其中，光学测量模块100的光发射组件10用于发射例如激光的光信号，光接收组件20用于接收待测目标反射的光信号，并将光信号输入电路板组件50，电路板组件50用于分析处理输入的光信号，传动机构63用于在驱动装置66和旋转座62之间传递动力，驱动装置66用于输出动力以使得旋转座62绕旋转轴线旋转。从而，通过设置旋转云台60，可实现激光雷达200的360°扫描工作。

进一步地，旋转云台60还包括挡板65。基座61设置有收容槽，旋转座62可转动地安装于基座61并盖设于收容槽的一部分，旋转座62可相对基座61绕转轴线转动，旋转座42的安装部可通过轴承6201可转动地安装于基座41；挡板65安装于基座61并盖设于收容槽的另一部分，也即，旋转座62和挡板65共同盖设于收容槽的槽口，以防止外部杂物从收容槽的槽口进入收容槽。驱动装置66安装于基座61背向收容槽的一面，传动机构63连接旋转座62和驱动装置66，并且传动机构63收容于收容槽。通过以上设置，可防止外部杂物进入收容槽影响传动机构63工作，从而避免出现外部杂物导致激光雷达200无法正常工作的现象。

在一些实施例中，如图5和图6所示，旋转云台60还包括罩体66，罩体66罩设于旋转座62并与旋转座62固定连接，光发射组件10、光接收组件20和电路板组件50均收容于罩体66的内部。罩体66设置有第一通孔661和第二通孔662，第一通孔661和第二通孔662分别对应光发射组件10和光接收组件20，第一通孔661用于允许光发射组件10发射出的光信号射出罩体66的内部，第二通孔662用于允许待测目标反射回来的光信号进入罩体66的内部并由光接收组件20接收。

在一些实施例中，所述激光雷达200还可包括主控制板，主控制板与光发射组件10、电路板组件50以及驱动装置64电连接，主控制板用于驱动光发射组件10发射激光信号，及通过电路板组件50进行信号传输，以及通过驱动装置64控制旋转座62旋转。

本实用新型实施例还提供一种移动机器人，该移动机器人包括上述任一实施例提供的激光雷达200。

需要说明的是，本实用新型的说明书及其附图中给出了本实用新型的较佳的实施方式，但是，本实用新型可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施方式，这些实施方式不作为对本实用新型内容的额外限制，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施方式，均视为本实用新型说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (12)

1.一种光学测量模块(100)，其特征在于，包括：

光发射组件(10)；

光接收组件(20)；和

安装支架(30)，所述安装支架(30)包括底座(31)、第一固定件(34)和第二固定件(37)；

其中，所述光发射组件(10)和所述光接收组件(20)设置在所述底座(31)上，所述光发射组件(10)用于发出光线，所述光线经待测物反射后透过所述光接收组件(20)；并且

所述第一固定件(34)独立地将所述光发射组件(10)固定在所述底座(31)上，所述第二固定件(37)独立地将所述光接收组件(20)固定在所述底座(31)上。

2.根据权利要求1所述的光学测量模块(100)，其特征在于：

所述第一固定件(34)为片状体或粘结物；并且

所述第二固定件(37)为片状体或粘结物。

3.根据权利要求1所述的光学测量模块(100)，其特征在于：

所述第一固定件(34)和所述第二固定件(37)均为金属片。

4.根据权利要求3所述的光学测量模块(100)，其特征在于：

所述第一固定件(34)包括第一压接部(35)和两个第一连接部(36)，所述两个第一连接部(36)位于所述第一压接部(35)的两侧；所述第一压接部(35)用于压接在所述光发射组件(10)上，所述第一连接部(36)用于连接到所述底座(31)上；和/或

所述第二固定件(37)包括第二压接部(38)和两个第二连接部(39)，所述两个第二连接部(39)位于所述第二压接部(38)的两侧；所述第二压接部(38)用于压接在所述光接收组件(20)上，所述第二连接部(39)用于连接到所述底座(31)上。

5.根据权利要求3所述的光学测量模块(100)，其特征在于：

在所述光发射组件(10)的轴向方向(X1)上，所述第一固定件(34)的尺寸小于所述底座(31)的尺寸；

在所述光接收组件(20)的轴向方向(X2)上，所述第二固定件(37)的尺寸小于所述底座(31)的尺寸。

6.根据权利要求5所述的光学测量模块(100)，其特征在于：

所述第一固定件(34)和所述第二固定件(37)之间还具有连接片(40)，所述连接片(40)比所述第一固定件(34)或所述第二固定件(37)的宽度窄。

7.根据权利要求6所述的光学测量模块(100)，其特征在于：

所述第一固定件(34)、所述第二固定件(37)和所述连接片(40)是一体成型的构件。

8.根据权利要求1所述的光学测量模块(100)，其特征在于：

所述第一固定件(34)和所述第二固定件(37)均为粘结物，并且

所述粘结物至少设置在所述底座(31)与所述光发射组件(10)和所述光接收组件(20)所围成的夹角区域内。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的光学测量模块(100)，其特征在于：

所述底座(31)具有第一收容凹槽(32)和第二收容凹槽，所述第一收容凹槽(32)用于收容所述光发射组件(10)的一部分，所述第二收容凹槽用于收容所述光接收组件(20)的一部分。

10.根据权利要求1-8中任一项所述的光学测量模块(100)，其特征在于还包括：

电路板组件(50)，具有图像传感器；

其中，所述电路板组件(50)固定于所述安装支架(30)的底座(31)上，所述光发射组件(10)用于发出光线，所述光线经待测物反射后透过所述光接收组件(20)被所述电路板组件(50)的图像传感器接收。

11.一种激光雷达(200)，其特征在于，包括：

根据权利要求1-10任一项所述的光学测量模块(100)；以及

旋转云台(60)，所述旋转云台(60)包括基座(61)、旋转座(62)、传动机构(63)和驱动装置(64)，所述旋转座(62)可转动地安装于所述基座(61)，所述驱动装置(64)安装于所述基座(61)，所述传动机构(63)连接所述旋转座(62)和驱动装置(64)，所述光学测量模块(100)设置于所述旋转座(62)。

12.一种移动机器人，其特征在于，包括根据权利要求11所述的激光雷达(200)。

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