CN216792440U - 一种旋转激光雷达装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及激光扫描测距技术领域，尤其涉及一种旋转激光雷达装置，包括底座、测距模块、旋转模块和计时模块，其中：旋转模块通过转轴设置在底座上，测距模块设置在旋转模块上方；计时模块包括光栅码盘、码盘检测单元和时钟电路，光栅码盘套设在转轴上，码盘检测单元和时钟电路设置在光栅码盘下方，时钟电路检测光栅码盘旋转过程中每帧数据对应的时间差；其中，光栅码盘使用单刻度作为标记，每当码盘检测单元检测到两次单刻度时，即为整个测距模块旋转一周；本实用新型通过设置单刻度光栅码盘，提高了时钟电路的精度，减少多次识别刻度对计算电路的干扰，与现有技术相比，本实用新型无需多次判定刻度对计算造成干扰，大幅提高了测量精度。

Description

一种旋转激光雷达装置

技术领域

本实用新型涉及激光扫描测距技术领域，尤其涉及一种旋转激光雷达装置。

背景技术

随着激光雷达技术逐渐成熟和完善，其应用领域也越来越广泛。

相关技术中，其光栅码盘套设在转轴上，通过多齿细分角度，然后在主控电路板上面集成此光栅码盘的收发一体元件；通过识别刻度，对光栅码盘位置和角度检测来获得位置和速度数据，这种多齿细分角度的光栅码盘，需要多次判定刻度，容易对计算造成干扰，影响测量精度。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本实用新型总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种旋转激光雷达装置，对于目前传统旋转激光雷达中多刻度光栅码盘计算复杂，测量精度低等问题进行优化。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种旋转激光雷达装置，包括底座、测距模块、旋转模块和计时模块，其中：

所述旋转模块通过转轴设置在所述底座上，所述测距模块设置在所述旋转模块上方；

所述计时模块包括光栅码盘、码盘检测单元和时钟电路，所述光栅码盘套设在所述转轴上，所述码盘检测单元和所述时钟电路设置在所述光栅码盘下方，所述时钟电路检测所述光栅码盘旋转过程中每帧数据对应的时间差；

其中，所述光栅码盘使用单刻度作为标记，每当所述码盘检测单元检测到两次所述单刻度时，所述测距模块旋转一周。

进一步地，所述底座上设置有主控电路板，所述码盘检测单元和所述时钟电路设置在所述主控电路板上，所述测距模块，所述旋转模块、所述光栅码盘和所述主控电路板以所述转轴为轴心进行同轴设置。

进一步地，所述测距模块包括机芯安装架、激光发射单元和激光接收单元，所述激光发射单元和所述激光接收单元固定在所述机芯安装架上，所述激光发射单元发出激光传递到待测物体上，所述激光接收单元用于接收所述待测物体反射回来的激光。

进一步地，所述旋转模块包括固定平台、旋转平台、无刷电机和传输线圈，所述固定平台、所述旋转平台、所述无刷电机和所述传输线圈与所述转轴同轴线设置。

进一步地，所述无刷电机包括电机定子和电机转子，所述电机定子设置在所述底座上，所述电机转子设置在所述旋转平台上，所述电机定子和所述电机转子由内向外依次同轴嵌套设置。

进一步地，所述传输线圈包括初级线圈和次级线圈，所述初级线圈和所述次级线圈分别位于上下平面且同轴平行设置，所述初级线圈与所述次级线圈使用单线扁平化方式盘绕。

进一步地，所述测距模块与所述旋转模块之间设置有光信号电路板，所述光信号电路板与所述测距模块电连接。

进一步地，所述光信号电路板和所述主控电路板之间设置有光信号通讯组件，所述光信号通讯组件包括光信号发射元件和光信号接收元件；所述光信号发射元件设于所述光信号电路板上，所述光信号接收元件设于所述主控电路板上，或者，所述光信号发射元件设于所述主控电路板上，所述光信号接收元件设于所述光信号电路板上。

进一步地，所述转轴为空心结构，所述光信号发射元件和所述光信号接收元件分别设置于所述转轴的两端，并通过所述转轴的内部空心结构进行光信号数据通讯。

进一步地，所述转轴通过轴承转动设于所述底座上，所述轴承的数量为两个，两个所述轴承间隔套设在所述转轴上。

本实用新型的有益效果为：本实用新型通过设置单刻度光栅码盘，每当检测到两次所述单刻度时，即为整个测距模块旋转一周，其中每帧数据对应的时间差通过时钟电路计算得出，提高了时钟电路的精度，减少多次识别刻度对计算电路的干扰，减少了生产成本。与现有技术相比，本实用新型无需多次判定刻度对计算造成干扰，大幅提高了测量精度。

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中记载的一些实施例，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中旋转激光雷达装置的剖视结构示意图；

图2为本实用新型实施例中旋转激光雷达装置中光栅码盘的结构示意图；

图3为本实用新型实施例中旋转激光雷达装置中测距模块和旋转模块的爆炸结构示意图；

图4为本实用新型实施例中旋转激光雷达装置中计时模块的爆炸结构示意图；

图5为本实用新型实施例中旋转激光雷达装置中测距模块的结构示意图；

图6为本实用新型实施例中旋转激光雷达装置中光信号通讯组件的剖视结构示意图。

附图标记：10、底座；11、转轴；111、限位卡槽；112、卡簧；12、主控电路板；121、外部固定接口；13、光信号电路板；14、光信号发射元件；15、光信号接收元件；16、轴承；20、测距模块；21、紧固件；22、机芯安装架；23、激光发射单元；24、激光接收单元；25、激光控制电路板；30、旋转模块；31、固定平台；32、旋转平台；33、无刷电机；331、电机定子；332、电机转子；34、传输线圈；341、初级线圈；342、次级线圈；40、计时模块；41、光栅码盘；42、码盘检测单元。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文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，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/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。

如图1至图6所示的一种旋转激光雷达装置，包括底座10、测距模块20、旋转模块30和计时模块40，其中：

旋转模块30通过转轴11设置在底座10上，测距模块20设置在旋转模块30上方；具体的，测距模块20通过紧固件21如螺丝设于旋转模块30上，随旋转模块30的旋转而旋转。

计时模块40包括光栅码盘41、码盘检测单元和时钟电路，光栅码盘41套设在转轴11上，码盘检测单元和时钟电路设置在光栅码盘41下方，时钟电路检测光栅码盘41旋转过程中每帧数据对应的时间差；此处需要说明的是，码盘检测单元集成设置在主控电路板12上，通过对光栅码盘41位置和角度检测来获得位置和速度数据，这种集成方式保证效率同时减小了体积，节约了成本。

其中，光栅码盘41使用单刻度作为标记，每当码盘检测单元检测到两次单刻度时，测距模块20旋转一周。

本实用新型通过设置单刻度光栅码盘41，每当检测到两次单刻度时，即为整个测距模块20旋转一周，其中每帧数据对应的时间差通过时钟电路计算得出，提高了时钟电路的精度，减少多次识别刻度对计算电路的干扰，减少了生产成本。与现有技术相比，本实用新型无需多次判定刻度对计算造成干扰，大幅提高了测量精度。

具体的，本实用新型的核心并不仅是将多刻度光栅码盘41变成单刻度光栅码盘41，而在于改变传统通过多齿细分角度的方式变更为电子定时器的方式来细分码盘，极大的提高了角度的分辨率。同时，在相关领域，如果电机内部有霍尔器件（磁性的开关，一圈计一次或者若干次，类似光电开关），完全可以去掉光栅码盘41，在结构上更加精简，可靠性更好。

如图4所示，底座10上设置有主控电路板12，码盘检测单元和时钟电路设置在主控电路板12上，测距模块20，旋转模块30、光栅码盘41和主控电路板12以转轴11为轴心进行同轴设置，具体的，光信号电路板13，光栅码盘41和主控电路板12以转轴11为轴心进行同轴设置，这样能够保证旋转平台32和光栅码盘41旋转角度同步一致性。主控电路板12上还设置有外部固定接口121，方便旋转激光雷达装置与外部电连接。

转轴11的底端下部设置有特定形状的限位卡槽111，光栅码盘41套设在转轴11上，通过限位卡槽111与卡簧112进行限位固定。

如图5所示，测距模块20包括机芯安装架22、激光发射单元23和激光接收单元24，激光发射单元23和激光接收单元24固定在机芯安装架22上，激光发射单元23发出激光传递到待测物体上，激光接收单元24用于接收待测物体反射回来的激光。

具体的，测距模块20还包括激光控制电路板25，激光控制电路板25设置在机芯安装架22上，且与激光发射单元23和激光接收单元24电连接。

如图3所示，旋转模块30包括固定平台31、旋转平台32、无刷电机33和传输线圈34，固定平台31、旋转平台32、无刷电机33和传输线圈34与转轴11同轴线设置。具体的，固定平台31、旋转平台32、电机定子331、电机转子332、初级线圈341和次级线圈342进行同轴线设置，保证旋转同步性。

进一步地，无刷电机33包括电机定子331和电机转子332，电机定子331设置在底座10上，电机转子332设置在旋转平台32上，电机定子331和电机转子332由内向外依次同轴嵌套设置，进一步减小机座体积。

具体的，传输线圈34包括初级线圈341和次级线圈342，初级线圈341和次级线圈342分别位于上下平面且同轴平行设置，初级线圈341与次级线圈342使用单线扁平化方式盘绕。具体的，初级线圈341设置在固定平台31与电机定子331之间，次级线圈342设置在旋转平台32上，固定平台31设在旋转平台32和无刷电机33之间且三者同轴，通过将次级线圈342与初级线圈341分别位于上下平面且同轴平行设置，同时两个线圈使用单线扁平化缠绕的形式，保证两个线圈的面与面相互作用，有效降低了旋转激光雷达装置的高度，提高了电能传输效率。

为了实现扫地机器人对周围环境无死角的测量扫描，测距模块20、电机转子332、旋转平台32、光栅码盘41设置在转轴11上，随转轴11而转动。具体的，电机定子331和电机转子332组成无刷电机33，当为电机定子331通稳定电流时电机转子332开始旋转，由于电机转子332设在旋转平台32上，所以会给旋转平台32提供驱动力，带动安装在旋转平台32上的测距模块20对周围环境进行360度测距扫描。

进一步地，测距模块20与旋转模块30之间设置有光信号电路板13，光信号电路板13与测距模块20电连接，通过光信号通讯组件，将光信号传递至测距模块20，保证装置运行稳定性。

如图6所示，光信号电路板13和主控电路板12之间设置有光信号通讯组件，光信号通讯组件包括光信号发射元件14和光信号接收元件15；光信号发射元件14设于光信号电路板13上，光信号接收元件15设于主控电路板12上，或者，光信号发射元件14设于主控电路板12上，光信号接收元件15设于光信号电路板13上。

为了方便信号传输，转轴11为空心结构，光信号发射元件14和光信号接收元件15分别设置于转轴11的两端，并通过转轴11的内部空心结构进行光信号数据通讯。确保光信号发射元件14、光信号接收元件15和空心转轴11在同一轴线上，并通过转轴11内部空心结构进行光信号数据通讯。

作为本实施例的优选，转轴11采用金属材质，可以屏蔽其他干扰，提高光通讯效率。

请继续参考图1，转轴11通过轴承16转动设于底座10上，轴承16的数量为两个，两个轴承16间隔套设在转轴11上。应用双轴承16对其进行固定，这样可以保证整个设备旋转运行更加稳定。

本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种旋转激光雷达装置，其特征在于，包括底座、测距模块、旋转模块和计时模块，其中：

所述旋转模块通过转轴设置在所述底座上，所述测距模块设置在所述旋转模块上方；

所述计时模块包括光栅码盘、码盘检测单元和时钟电路，所述光栅码盘套设在所述转轴上，所述码盘检测单元和所述时钟电路设置在所述光栅码盘下方，所述时钟电路检测所述光栅码盘旋转过程中每帧数据对应的时间差；

其中，所述光栅码盘使用单刻度作为标记，每当所述码盘检测单元检测到两次所述单刻度时，所述测距模块旋转一周。

2.根据权利要求1所述的旋转激光雷达装置，其特征在于，所述底座上设置有主控电路板，所述码盘检测单元和所述时钟电路设置在所述主控电路板上，所述测距模块，所述旋转模块、所述光栅码盘和所述主控电路板以所述转轴为轴心进行同轴设置。

3.根据权利要求2所述的旋转激光雷达装置，其特征在于，所述测距模块包括机芯安装架、激光发射单元和激光接收单元，所述激光发射单元和所述激光接收单元固定在所述机芯安装架上，所述激光发射单元发出激光传递到待测物体上，所述激光接收单元用于接收所述待测物体反射回来的激光。

4.根据权利要求3所述的旋转激光雷达装置，其特征在于，所述旋转模块包括固定平台、旋转平台、无刷电机和传输线圈，所述固定平台、所述旋转平台、所述无刷电机和所述传输线圈与所述转轴同轴线设置。

5.根据权利要求4所述的旋转激光雷达装置，其特征在于，所述无刷电机包括电机定子和电机转子，所述电机定子设置在所述底座上，所述电机转子设置在所述旋转平台上，所述电机定子和所述电机转子由内向外依次同轴嵌套设置。

6.根据权利要求4所述的旋转激光雷达装置，其特征在于，所述传输线圈包括初级线圈和次级线圈，所述初级线圈和所述次级线圈分别位于上下平面且同轴平行设置，所述初级线圈与所述次级线圈使用单线扁平化方式盘绕。

7.根据权利要求4~6任一项所述的旋转激光雷达装置，其特征在于，所述测距模块与所述旋转模块之间设置有光信号电路板，所述光信号电路板与所述测距模块电连接。

8.根据权利要求7所述的旋转激光雷达装置，其特征在于，所述光信号电路板和所述主控电路板之间设置有光信号通讯组件，所述光信号通讯组件包括光信号发射元件和光信号接收元件；所述光信号发射元件设于所述光信号电路板上，所述光信号接收元件设于所述主控电路板上，或者，所述光信号发射元件设于所述主控电路板上，所述光信号接收元件设于所述光信号电路板上。

9.根据权利要求8所述的旋转激光雷达装置，其特征在于，所述转轴为空心结构，所述光信号发射元件和所述光信号接收元件分别设置于所述转轴的两端，并通过所述转轴的内部空心结构进行光信号数据通讯。

10.根据权利要求1所述的旋转激光雷达装置，其特征在于，所述转轴通过轴承转动设于所述底座上，所述轴承的数量为两个，两个所述轴承间隔套设在所述转轴上。

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