CN215449593U - 激光测距装置及移动机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及激光测距技术领域，公开了一种激光测距装置及移动机器人。激光测距装置包括发射模块、接收模块及保护外罩；发射模块发射激光信号；接收模块接收所述激光信号并将其转化为电信号；保护外罩包含设于所述发射模块和所述接收模块前方的透光面，所述发射模块发射的激光光束垂直于所述透光面。本实用新型提供的激光测距装置及移动机器人可用于障碍物识别、测距、建图定位，测量精度较高。

Description

激光测距装置及移动机器人

技术领域

本实用新型涉及激光测距技术领域，尤其涉及一种激光测距装置及移动机器人。

背景技术

激光测距装置是以激光器作为发射光源，采用光电探测技术手段的主动遥感设备，具有测量精度高、方向性好等优点，广泛应用于自动驾驶、智能机器人导航、无人机等智能设备。

激光测距装置通常由发射组件、接收组件及信息处理器等元件组成，相关技术中，为提升激光测距装置的安全性及防水防尘性能，会在发射组件和接收组件外设置光学外罩。然而，激光测距装置工作过程中，光学外罩容易反射、散射激光信号，产生光学干扰信号，影响激光测距装置的测量精度。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种激光测距装置及移动机器人，以解决相关技中激光测距装置测量精度低的技术问题。

为解决上述问题，第一方面，本实用新型公开了一种激光测距装置，包括：

发射模块，所述发射模块发射激光信号；

接收模块，所述接收模块接收所述激光信号并将其转化为电信号；

保护外罩，包含设于所述发射模块和所述接收模块前方的透光面，所述发射模块发射的激光光束垂直于所述透光面。

在一实施例中，所述发射模块的光轴方向与所述接收模块的光轴方向之间的夹角小于30°。

在一实施例中，所述发射模块和所述接收模块的中心轴线共面。

在一实施例中，所述激光测距装置还包括设置于所述保护外罩内的固定架，所述发射模块和所述接收模块均设置于所述固定架上。

在一实施例中，所述保护外罩的材料为塑料或/和玻璃。

本实用新型提供的激光测距装置，包括发射模块、接收模块和保护外罩，发射模块和接收模块设置于保护外罩内，由于保护外罩具备防水防尘功能，能够对设置于其内部的各个元件起到保护作用。又由于保护外罩包含设于发射模块和接收模块前方的透光面，且发射模块发射的激光光束垂直于透光面，所以由发射模块发出的激光光束可以垂直穿过保护外罩的透光面并照射到目标物体上，即通过改进激光测距装置中保护外罩的结构、以及调整发射模块与保护外罩之间的位置关系，能够有效避免保护外罩反射、散射由发射模块发出的点激光光束，从而能够有效减少或避免保护外罩产生光学干扰信号，进而能够提升激光测距装置的测量精度。

第二方面，本实用新型还公开了一种移动机器人，所述移动机器人包括机器人主体及如第一方面中所述的激光测距装置，所述激光测距装置设置于所述机器人主体上。

在一实施例中，所述激光测距装置倾斜设置于所述机器人主体上。

在一实施例中，所述激光测距装置的竖直安装方向与所述机器人主体的水平面之间的夹角范围为[-2，4°]。

在一实施例中，所述激光测距装置的水平安装方向与所述机器人主体的主方向之间的夹角范围为[-10，10°]。

本实用新型提供的移动机器人，通过在机器人主体上设置激光测距装置，可辅助移动机器人进行障碍物识别、测距、建图定位或路沿检测等。具体地，激光测距装置开启后，利用发射模块可向周边目标物体发射激光光束，激光光束穿过保护外罩后照射到目标物体上并发生反射；而后由目标物体反射的激光光束可穿过保护外罩到达接收模块，接收模块接收激光光束后可进行光电转换，生成电信号，通过对该电信号进行处理即可获得目标物体的相关参数信息，例如目标物体相对于激光测距装置的距离、方位、速度、高度、姿态和形状等参数信息，且利用上述信息还可进一步获取移动机器人的位置信息，实现移动机器人的建图定位。由于激光测距装置包括发射模块、接收模块和保护外罩，且保护外罩包含设于发射模块和接收模块前方的透光面，发射模块发射的激光光束垂直于透光面，所以由发射模块发出的激光光束可以垂直穿过保护外罩的透光面并照射到目标物体上，从而能够有效避免保护外罩反射、散射由发射模块发出的激光光束，减少或避免保护外罩产生光学干扰信号，即利用上述激光测距装置能够获得更加精准的障碍物信息。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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测距装置的分解示意图；

图2为本实用新型实施例提供的激光测距装置部分结构的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的移动机器人的原理框图。

主要元件符号说明：

100、移动机器人；

10、激光测距装置；11、发射模块；12、接收模块；13、保护外罩；14、固定架；15、印刷电路板；16、螺钉；131、透光面；132、安装挂耳；133、安装孔；141、上支架；142、下支架；143、凹槽；

20、机器人主体；

30、路障检测雷达。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以是直接或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”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，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，因此不能理解为对专利的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

第一方面，本实用新型提供了一种激光测距装置。如图1和图2所示，激光测距装置10包括发射模块11、接收模块12和保护外罩13。其中，发射模块11可发射激光信号，接收模块12可接收激光信号并将其转化为电信号；保护外罩13包含设于发射模块11和接收模块12前方的透光面131，发射模块11发射的激光光束垂直于透光面131。

上述激光测距装置10可用于进行障碍物识别、测距、建图定位或路沿检测等。具体工作原理如下：激光测距装置10开启后，利用激光器可向周边目标物体发射激光光束，激光光束穿过保护外罩13后照射到目标物体上并发生反射；而后由目标物体反射的激光光束可穿过保护外罩13到达接收模块12，接收模块12接收激光光束后可进行光电转换，生成电信号，通过对该电信号进行处理即可获得目标物体的相关参数信息，例如目标物体相对于激光测距装置10的距离、方位、速度、高度、姿态和形状等参数信息。

本实用新型提供的激光测距装置10，如图1和图2所示，包括发射模块11、接收模块12和保护外罩13，发射模块11和接收模块12设置于保护外罩13内，由于保护外罩13具备防水防尘功能，能够对设置于其内部的各个元件起到保护作用。又由于保护外罩13包含设于发射模块11和接收模块12前方的透光面131，且发射模块11发射的激光光束垂直于透光面131，所以由发射模块11发出的激光光束可以垂直穿过保护外罩13的透光面131并照射到目标物体上，即通过改进激光测距装置10中保护外罩13的结构、以及调整发射模块11与保护外罩13之间的位置关系，能够有效避免保护外罩13反射、散射由发射模块11发出的点激光光束，从而能够减少或避免保护外罩13产生光学干扰信号，进而能够提升激光测距装置10的测量精度。

需要说明的是，发射模块11可包括激光器，激光器用于发射激光光束；接收模块12可包括镜头及连接至镜头的传感器，其中，镜头用于接收激光光束，传感器用于进行光电转换。

进一步地，为提升接收模块12的使用效果，镜头可以为凸透镜。凸透镜中央较厚、边缘较薄，能够有效会聚反射光。

在本实用新型提供的一个实施例中，如图2所示，发射模块11的光轴方向(如图2中a箭头所示方向)与接收模块12的光轴方向(如图2中b箭头所示方向)间的轴线靠近夹角为锐角。采用上述结构设计，接收模块12的光轴方向与保护外罩13的透光面131不垂直，接收模块12的激光接收范围较大且接收效果较好，从而能够有效提升激光测距装置10的检测效果及检测范围。

进一步地，激光光束照射到目标物体上后会反射激光光束，接收模块12接收上述反射激光光束时，受限于接收模块12的装设角度及激光测距装置10的大小，存在一定的盲区，由于盲区存在会影响激光测距装置10的检测范围，所以为保证激光测距装置10的检测效果，在本实用新型提供的一个实施例中，发射模块11的光轴方向与接收模块12的光轴方向之间的夹角小于30°。例如，发射模块11的光轴方向与接收模块12的光轴方向之间的轴线靠近夹角可以为6.8°，此处不作限定。

在本实用新型提供的一个实施例中，发射模块11和接收模块12的中心轴线共面。具体地，发射模块11和接收模块12可竖直共面或水平共面，这样，接收模块12能够最大程度接收目标物体反射的激光光束，从而能够进一步提升激光测距装置10的检测效果。

为进一步提升激光测距装置10的检测效果，在本实用新型提供的一个实施例中，发射模块11的发射视场角小于接收模块12的接收视场角。采用上述设计，接收模块12的视野范围相对较大，即接收模块12的接收范围较大，接收模块12能够更好地接收由目标物体反射的激光光束并进一步提升激光测距装置10的检测范围。

为方便安装固定发射模块11及接收模块12，在本实用新型提供的一个实施例中，如图1和图2所示，激光测距装置10还包括设置于保护外罩13内的固定架14，发射模块11和接收模块12均设置于固定架14上。

进一步地，如图1和图2所示，固定架14包括上支架141和下支架142，上支架141及下支架142对应位置处分别设有两个凹槽143，上支架141及下支架142对合后，凹槽143开设位置处可形成两个容置槽，发射模块11及接收模块12分别设置于其中一个容置槽内。

在本实用新型提供的一个实施例中，如图1和图2所示，激光测距装置10还包括设置于保护外罩13内的印刷电路板15，印刷电路板15与发射模块11及接收模块12均电连接，印刷电路板15上设有装配孔，印刷电路板15可通过螺钉16固定于固定架14上。

进一步地，为方便拆装更换，在本实用新型提供的一个实施例中，固定架14可通过卡扣结构固定安装于保护外罩13内。可以理解，在一些实施例中，固定架14还可通过螺钉16固定安装于保护外罩13内，具体可根据实际情况进行设计，在此不作限定。

本实用新型提供的激光测距装置10中，保护外罩13的材质不唯一。例如，保护外罩13可以利用塑料材质制成，或者，保护外罩13可以利用玻璃材质制成，或者，保护外罩13还可以由塑料材质及玻璃材质共同制成。

为方便安装固定，在本实用新型提供的一个实施例中，如图1所示，保护外罩13上还设有安装挂耳132，安装挂耳132上设有安装孔133。

在本实用新型提供的一个实施例中，保护外罩13内设有发射腔和接收腔，其中，发射模块11设置于发射腔内，接收模块12设置于接收腔内。上述结构设计合理，接收模块12能够更好地接收由目标物体反射的激光光束，能够有效提升激光测距装置10的测量精度。

进一步地，在一些实施例中，发射腔及接收腔之间还设有隔板(图中未示出)。通过设置隔板，能够减弱发射模块11发出的激光光束对接收模块12产生的信号干扰，从而能够进一步提升激光测距装置10的测量精度。

在本实用新型提供的一个实施例中，发射模块11及接收模块12间隔设置，且发射模块11及接收模块12间的间距不大于5cm。在保证发射模块11及接收模块12的使用效果的前提下，通过限制发射模块11及镜头间的间距，能够优化装配空间，并且能够减小激光测距装置10的整体尺寸，使其便于使用。

第二方面，本实用新型还提供了一种移动机器人。如图1和图3所示，移动机器人100包括机器人主体20及如第一方面中的激光测距装置10，激光测距装置10设置于机器人主体20上。

本实用新型提供的移动机器人100，通过在机器人主体20上设置激光测距装置10，可辅助移动机器人100进行障碍物识别、测距、建图定位或路沿检测等。具体地，激光测距装置10开启后，利用发射模块11可向周边目标物体发射激光光束，激光光束穿过保护外罩13后照射到目标物体上并发生反射；而后由目标物体反射的激光光束可穿过保护外罩13到达接收模块12，接收模块12接收激光光束后可进行光电转换，生成电信号，通过对该电信号进行处理即可获得目标物体的相关参数信息，例如目标物体相对于激光测距装置10的距离、方位、速度、高度、姿态和形状等参数信息，且利用上述信息还可进一步获取移动机器人100的位置信息，实现移动机器人100的建图定位。由于激光测距装置10包括发射模块11、接收模块12和保护外罩13，且保护外罩13包含设于发射模块11和接收模块12前方的透光面131，发射模块11发射的激光光束垂直于透光面131，所以由发射模块11发出的激光光束可以垂直穿过保护外罩13的透光面131并照射到目标物体上，从而能够有效避免保护外罩13反射、散射由发射模块11发出的激光光束，减少或避免保护外罩13产生光学干扰信号，即利用上述激光测距装置10能够获得更加精准的障碍物信息。

为提升激光测距装置10的检测范围及检测效果，本实用新型提供的移动机器人100中，激光测距装置10倾斜设置于机器人主体20上。

其中，激光测距装置10的倾斜角度及倾斜方向不唯一。

在本实用新型提供的一个实施例中，激光测距沿竖直方向倾斜设置于机器人主体20上，且激光测距装置10的竖直安装方向与机器人主体20的水平面之间的夹角范围为[-2,4°]。这样，利用激光测距装置10可以检测机器人主体20下方、上方或前方的障碍物信息，激光测距装置10的检测范围较大且检测效果较好。

在本实用新型提供的一个实施例中，激光测距装置10沿水平方向倾斜设置于机器人主体20上，且激光测距装置10的水平安装方向与机器人主体20的主方向之间的夹角范围为[-10,10°]。其中，机器人主体20的主方向为机器人主体20的主轴方向，也即机器人的前进方向，由于激光测距装置10固定安装于机器人主体20上，机器人主体20移动过程中，激光测距装置10与机器人主体20的主轴方向间的夹角不变，也即激光测距装置10与机器人主体20的前进方向间的夹角不变。激光测距装置10水平倾斜设置于机器人主体20上，便于检测机身高度范围内的障碍物信息。另外，采用上述结构设计，激光测距装置10的发射模块11的光轴方向与机器人主体20的主方向间的夹角较小，发射模块11发出的激光光束的方向与机器人主体20的前进方向接近平行，移动机器人100移动过程中，目标物体相较于激光测距装置10间的角度相对稳定，利用激光测距装置10可获得较为准确的参数信息，并且可以准确判断移动机器人100的姿态，即可以准确判断移动机器人100处于静止状态、移动状态或是原地打滑状态，从而能够获得更为精准的测量数据。

为实现避障，在本实用新型提供的一个实施例中，如图3所示，机器人主体20上还设有路障检测雷达30，路障检测雷达30可向机器人主体20的周边发射激光光束，路障检测雷达30用于获取机器人主体20周边的障碍物信息。通过设置路障检测雷达30，可以提高障碍物信息检测精准度并根据检测数据对障碍物信息进行校正，增加障碍物信息的可靠性，进而实现精准避障。

为进一步提升检测精准度，在本实用新型提供的一个实施例中，机器人主体20上设有多个路障检测雷达30，且多个路障检测雷达30对称设置于机器人主体20的前端，其中，前端为机器人主体20前进方向的一端。通过在机器人主体20的前端对称设置多个路障检测雷达30，可以消除由路障检测雷达30安装位置引起的检测误差，有效提升路障检测雷达30检测精准度，进而实现精准避障。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光测距装置，其特征在于，包括：

发射模块，所述发射模块发射激光信号；

接收模块，所述接收模块接收所述激光信号并将其转化为电信号；

保护外罩，包含设于所述发射模块和所述接收模块前方的透光面，所述发射模块发射的激光光束垂直于所述透光面。

2.根据权利要求1所述的激光测距装置，其特征在于，所述发射模块的光轴方向与所述接收模块的光轴方向之间的夹角小于30°。

3.根据权利要求1所述的激光测距装置，其特征在于，所述发射模块和所述接收模块的中心轴线共面。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的激光测距装置，其特征在于，所述发射模块的发射视场角小于所述接收模块的接收视场角。

5.根据权利要求4所述的激光测距装置，其特征在于，所述激光测距装置还包括设置于所述保护外罩内的固定架，所述发射模块和所述接收模块均设置于所述固定架上。

6.根据权利要求4所述的激光测距装置，其特征在于，所述保护外罩的材料为塑料或/和玻璃。

7.一种移动机器人，其特征在于，包括机器人主体及如权利要求1-6中任一项所述的激光测距装置，所述激光测距装置设置于所述机器人主体上。

8.根据权利要求7所述的移动机器人，其特征在于，所述激光测距装置倾斜设置于所述机器人主体上。

9.根据权利要求8所述的移动机器人，其特征在于，所述激光测距装置的竖直安装方向与所述机器人主体的水平面之间的夹角范围为[-2,4°]。

10.根据权利要求8所述的移动机器人，其特征在于，所述激光测距装置的水平安装方向与所述机器人主体的主方向之间的夹角范围为[-10,10°]。

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