CN217606087U - 扫描角度感应装置、激光扫描测距仪及自主移动机器人 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种扫描角度感应装置、激光扫描测距仪及自主移动机器人，扫描角度感应装置包括反射盘、光发射器以及光接收器，反射盘具有反射侧，反射盘的反射侧表面设有多个反射部和多个遮挡部，多个反射部和多个遮挡部沿反射盘的周向交替排布；光发射器和光接收器均设于反射盘的反射侧，且光发射器和光接收器均沿反射盘的轴向与反射盘相互间隔；反射盘与光发射器之间以及反射盘与光接收器之间，可发生绕反射盘的轴线的相对转动；反射部被配置为用于将光发射器发射的光反射至光接收器，遮挡部被配置为用于阻挡光发射器发射的光反射至光接收器。该扫描角度感应装置能够解决目前的激光扫描测距仪难以兼顾小尺寸和高准确度的问题。

Description

扫描角度感应装置、激光扫描测距仪及自主移动机器人

技术领域

本申请涉及扫地机技术领域，特别是涉及一种扫描角度感应装置、激光扫描测距仪及自主移动机器人。

背景技术

激光扫描测距仪是扫地机器人中的重要部件，其通过连续输出周围各个被测物的距离信息和角度信息，构建出扫描范围内的空间轮廓或环境地图。其中，距离信息通过激光收发模组基于三角测量法、飞行时间法、相位法等测量原理获取，而角度信息折射通过角度感应器获取。

目前的角度感应器通过对射式光电开关或者反射式光电开关实现角度识别。对射式光电开关包括相互间隔且相对设置的光发射组件和光接收组件，在光发射方向上占用的空间较大，导致激光扫描测距仪的体积较大。反射式光电开关由于光发射端和光接收端均位于反射面的同一侧，能够缩小激光扫描测距仪在光发射方向上的尺寸，但由于反射距离较短，反射信号的高电平与低电平之间的区分度过小，导致角度识别准确度较低。由此可见，目前的激光扫描测距仪难以兼顾小尺寸和高准确度。

发明内容

基于此，有必要针对目前的激光扫描测距仪难以兼顾小尺寸和高准确度的问题，提供一种扫描角度感应装置、激光扫描测距仪及自主移动机器人。

根据本申请的一个方面，提供一种扫描角度感应装置，包括：反射盘，具有反射侧，所述反射盘的反射侧表面设有多个反射部和多个遮挡部，多个所述反射部和多个所述遮挡部沿所述反射盘的周向交替排布；以及光发射器和光接收器，均设于所述反射盘的反射侧，且所述光发射器和所述光接收器均沿所述反射盘的轴向与所述反射盘相互间隔；所述反射盘与所述光发射器之间以及所述反射盘与所述光接收器之间，可发生绕所述反射盘的轴线的相对转动；所述反射部被配置为用于将所述光发射器发射的光反射至所述光接收器，所述遮挡部被配置为用于阻挡所述光发射器发射的光反射至所述光接收器。

在其中一个实施例中，所述反射部包括多个反射面，多个所述反射面依次连接，并形成相对所述反射盘的反射侧表面内凹的结构；所述遮挡部包括多个遮挡面，多个所述遮挡面依次连接，并形成相对所述反射盘的反射侧表面外凸的结构。

在其中一个实施例中，所述反射部包括两个所述反射面；两个所述反射面相互垂直。

在其中一个实施例中，所述遮挡部包括两个所述遮挡面；两个所述遮挡面之间的夹角小于或等于90度。

在其中一个实施例中，在所述反射盘的轴向上，所述遮挡面的最低点与最高点的高度差为0.1mm至5mm。

在其中一个实施例中，所述反射部包括光学镜面；和/或所述遮挡部包括光学镜面。

在其中一个实施例中，所述遮挡部包括吸光面。

在其中一个实施例中，所述吸光面的颜色为黑色。

根据本申请的另一个方面，提供一种激光扫描测距仪，包括如前述的扫描角度感应装置。

根据本申请的又一个方面，提供一种自主移动机器人，该自主移动机器人包括如前述的激光扫描测距仪。

上述扫描角度感应装置，在反射盘的反射侧表面设置多个反射部和多个遮挡部，多个反射部和多个遮挡部沿反射盘的周向交替排布，将光发射器和光接收器均设于反射盘轴向的同一侧，在反射盘绕其轴线相对光发射器和光接收器转动的过程中，或者，光发射器和光接收器绕反射盘的轴线相对反射盘转动的过程中，反射部和遮挡部交替经过光发射器和光接收器所对应的位置。当反射部经过光发射器和光接收器所对应的位置时，反射部将光发射器发射的光反射至光接收器，得到高电平信号，当遮挡部经过光发射器和光接收器所在的位置时，遮挡部遮挡光发射器发射的光反射至光接收器，得到低电平信号，根据扫描得到的高电平信号和低电平信号确定扫描的角度。

通过对光发射器和光接收器与反射盘之间距离的设置，可以保障足够长的反射距离，以保障较高的角度识别准确度；并且，由于光发射器和光接收器均设于反射盘轴向的同一侧，使得扫描角度感应装置在反射盘的径向上的尺寸最小化，从而兼顾小尺寸和高准确度。

附图说明

图1为相关技术一实施例中角度感应器的角度感应原理图；

图2为相关技术另一实施例中角度感应器的角度感应原理图；

图3为本申请一实施例中扫描角度感应装置的结构示意图；

图4为图3中扫描角度感应装置的反射盘的结构示意图；

图5为本申请一实施例中反射部的光路原理图；

图6为本申请一实施例中遮挡部的光路原理图；

图7为本申请另一实施例中遮挡部的光路原理图；

图8为本申请又一实施例中遮挡部的光路原理图。

附图标号说明：

10、对射式光电开关；11、光发射组件；12、光接收组件；13、凹部；14、凸部；20、反射式光电开关；21、光发射端；22、光接收端；23、白色区域；24、黑色区域；

100、反射盘；110、反射侧；120、反射面；130、遮挡面；131、吸光面；200、光发射器；300、光接收器。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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申请和简化描述，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申请的限制。

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至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，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，除非另有明确的限定。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申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”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”、“上”、“下”、“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。

图1示出了相关技术一实施例中角度感应器的角度感应原理图，图2示出了相关技术另一实施例中角度感应器的角度感应原理图。

传统的角度感应器通常利用对射式光电开关10或者反射式光电开关20与转台配合实现角度识别。参阅图1，对射式光电开关10包括光发射组件11和光接收组件12，光发射组件11和光接收组件12沿径向分别设于转台的旋转中心和转台的外侧，转台的边缘设有交替分布的凹部13和凸部14，在转台转动过程中，凹部13和凸部14交替经过光发射组件11和光接收组件12之间的连线，从而获得交替的高电平信号和低电平信号。由于转台本身需要占据一定的空间，且光发射组件11和光接收组件12沿径向分布，占用的径向空间较大，使得激光扫描测距仪的体积较大。并且，由于光发射组件11、光接收组件12以及转台分散设置，在激光扫描测距仪发生碰撞时，分散设置的各个部件容易被损伤，稳定性较低。

参阅图2，反射式光电开关20的光发射端21和光接收端22均位于转台的外侧，转台上设置交替分布的白色区域23和黑色区域24，在转台转动的过程中，白色区域23和黑色区域24交替朝向光发射端21，得到交替的高电平信号和低电平信号。由于光发射端21和光接收端22均位于转台的外侧，减小了径向占用的空间，但由于转台的反射面与反射式光电开关20之间的距离较近，得到的高电平信号与低电平信号的区分度不大，且白色区域23表面材质容易老化褪色，会进一步降低高电平信号与低电平信号的区分度，导致扫描过程中容易出现角度误检。由此可见，目前的激光扫描测距仪难以兼顾小尺寸和高准确度。

为解决目前的激光扫描测距仪难以兼顾小尺寸和高准确度的问题，本申请实施例提供一种扫描角度感应装置，包括反射盘、光发射器以及光接收器，通过在反射盘的反射侧表面设置交替分布的反射部和遮挡部，将光发射器和光接收器均沿反射盘的轴向设置于反射盘的反射侧，反射部被配置为用于将光发射器发射的光反射至光接收器，遮挡部被配置为用于阻挡光发射器发射的光反射至光接收器。利用反射盘相对光发射器和光接收器转动获得交替的高电平信号和低电平信号的同时，使得径向占用空间最小化，通过对光发射器和光接收器与反射盘之间距离的设置，可以保障足够长的反射距离，以保障较高的角度识别准确度，从而兼顾小尺寸和高准确度。

图3示出了本申请一实施例中扫描角度感应装置的结构示意图；图4示出了图3中扫描角度感应装置的反射盘的结构示意图；图5示出了本申请一实施例中反射部的光路原理图。

参阅图3至图5，本申请一实施例提供了的扫描角度感应装置，包括反射盘100、光发射器200以及光接收器300，反射盘100具有反射侧110，反射盘100的反射侧110的表面设有多个反射部和多个遮挡部，多个反射部和多个遮挡部沿反射盘100的周向交替排布；光发射器200和光接收器300均设于反射盘100的反射侧110，且光发射器200和光接收器300均沿反射盘100的轴向与反射盘100相互间隔；反射盘100与光发射器200之间，以及反射盘100与光接收器300之间，可发生绕反射盘100的轴线的相对转动；反射部被配置为用于将光发射器200发射的光反射至光接收器300，遮挡部被配置为用于阻挡光发射器200发射的光反射至光接收器300。

本申请实施例提供的扫描角度感应装置，在反射盘100的反射侧110表面设置多个反射部和多个遮挡部，多个反射部和多个遮挡部沿反射盘100的周向交替排布，将光发射器200和光接收器300均设于反射盘100轴向的同一侧，在反射盘100绕其轴线相对光发射器200和光接收器300转动的过程中，或者，光发射器200和光接收器300绕反射盘100的轴线相对反射盘100转动的过程中，反射部和遮挡部交替经过光发射器200和光接收器300所对应的位置。当反射部经过光发射器200和光接收器300所对应的位置时，反射部将光发射器200发射的光反射至光接收器300，得到高电平信号，当遮挡部经过光发射器200和光接收器300所对应的位置时，遮挡部阻挡光发射器200发射的光反射至光接收器300，得到低电平信号，根据扫描得到的高电平信号和低电平信号确定扫描的角度。通过对光发射器200和光接收器300与反射盘100之间距离的设置，可以保障足够长的反射距离，以保障较高的角度识别准确度；并且，由于光发射器200和光接收器300均设于反射盘100轴向的同一侧，使得扫描角度感应装置在反射盘100的径向上的尺寸最小化，从而兼顾小尺寸和高准确度。

在一些实施例中，反射部包括多个反射面120，多个反射面120依次连接，并形成相对反射盘100的反射侧110表面内凹的结构。遮挡部包括多个遮挡面130，多个遮挡面130依次连接，并形成相对反射盘100的反射侧110表面外凸的结构。将多个反射面120依次连接形成相对反射盘100的反射侧110表面内凹的结构，从而利用多个反射面120将光发射器200发射的光线反射至光接收器300，将多个遮挡面130依次连接形成相对反射盘100的反射侧110表面外凸的结构，从而利用多个遮挡面130阻挡光发射器200发射的光反射至光接收器300，即在光发射器200与光接收器300之间对光线进行遮挡，避免光发射器200发射的光进入光接收器300，进而在反射盘100相对光发射器200和光接收器300转动的过程中获得交替的高电平信号和低电平信号。并且，在反射盘100与光发射器200沿反射盘100的轴向距离确定的情况下，由于第一发射部的多个反射面120相对反射盘100的反射侧110表面内凹，使得光反射距离较大，从而在保障较高的角度识别准确度的前提下，尽可能地减小扫描角度感应装置沿反射盘100轴向的尺寸。

具体地，反射面120的数量可以是两个、三个、四个、五个、六个或者更多个。遮挡面130的数量可以是两个、三个、四个、五个、六个或者更多个。反射面120的数量与遮挡面130的数量相同或相异。

在一些实施例中，反射部包括两个反射面120，两个反射面120相互垂直。通过相互垂直的两个反射面120组合形成相对反射盘100的反射侧110表面内凹的结构，从而利用简单的结构将光发射器200发射的光反射至光接收器300。并且，当两个反射面120相互垂直时，利用该两个反射面120将光发射器200发射的光反射至光接收器300的光路最为简单，从而简化各个部件的装配过程。

图6示出了本申请一实施例中遮挡部的光路原理图；图7示出了本申请另一实施例中遮挡部的光路原理图。

参阅图6，在一些实施例中，遮挡部包括两个遮挡面130，两个遮挡面130之间的夹角小于或等于90度。利用夹角小于或等于90度的两个遮挡面130形成相对反射盘100的反射侧110表面外凸的结构，相比于夹角大于90度，在外凸结构沿反射盘100轴向凸出的高度确定的情况下，两个遮挡面130沿反射盘100径向占用的空间较小，从而在利用遮挡部遮挡光发射器200发射的光线的同时，减小遮挡部沿反射盘100的径向占用的空间。具体地，两个遮挡面130之间的夹角可以是20度、25度、30度、40度、45度、50度、60度或者70度。

进一步地，参阅图6，两个遮挡面130呈轴对称设置，两个遮挡面130形成的外凸结构的尖端在反射盘100的反射侧110表面的正投影，和光发射器200在反射盘100的反射侧110表面的正投影与光接收器300在反射盘100的反射侧110表面的正投影中心连线的中点重合，从而保障遮挡部起到良好的遮挡作用。或者，参阅图7，两个遮挡面130中一个相对反射盘100的反射侧110表面倾斜，另一个相对反射盘100的反射侧110表面平行，其中，相对反射盘100的反射侧110表面倾斜的遮挡面130与光发射器200相对应设置，相对反射盘100的反射侧110表面平行的遮挡面130与光接收器300相对应设置，从而可以利用相对反射盘100的反射侧110表面倾斜的遮挡面130将光发射器200反射的光线反射至偏离光接收器300。

在一些实施例中，在反射盘100的轴向上，遮挡面130的最低点与最高点的高度差为0.1mm至5mm。可以理解的是，遮挡面130沿反射盘100轴向上的最低点与最高点之间的高度差越小，遮挡部沿反射盘100的轴向占用的空间越小，并且，遮挡部在光反射器与光接收器300之间遮挡光线的效果越好，本申请实施例将遮挡面130沿反射盘100轴向上的最低点与最高点之间的高度差设置为小于或等于5mm，且大于或等于0.1mm，保障遮挡部沿反射盘100的周向占用的空间较小，并保障遮挡部在光反射器与光接收器300之间遮挡光线的效果较好。

在一些实施例中，反射部的反射面120可设置为高反射率材质或高反射率结构，如反射部包括光学镜面，即全部或者部分的反射面120设置为光学镜面，以提高反射部对光发射器200发射的光线的反射率，提升高电平信号的信号强度。遮挡部也可以相对地设置为包括光学镜面，以将光发射器200发射地光线反射至偏离光接收器300。在其他实施例中，遮挡部不包括光学镜面。

图8示出了本申请又一实施例中遮挡部的光路原理图。

参阅图8，在一些实施例中，遮挡部包括吸光面131，进一步避免光反射器发射的光线经遮挡部反射至光接收器300。具体地，吸光面131的颜色可设置为黑色，以保障吸光效果。

进一步地，吸光面131上设置哑光微结构，如无规律粗糙面、蜂窝面、微型台阶面中的一种或多种。

基于同样的发明目的，本申请实施例还提供一种激光扫描测距仪，该激光扫描测距仪包括前述的扫描角度感应装置。

基于同样的发明目的，本申请实施例还提供一种自主移动机器人，该自主移动机器人包括如前述的激光扫描测距仪。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种扫描角度感应装置，其特征在于，包括：

反射盘，具有反射侧，所述反射盘的反射侧表面设有多个反射部和多个遮挡部，多个所述反射部和多个所述遮挡部沿所述反射盘的周向交替排布；以及

光发射器和光接收器，均设于所述反射盘的反射侧，且所述光发射器和所述光接收器均沿所述反射盘的轴向与所述反射盘相互间隔；

所述反射盘与所述光发射器之间以及所述反射盘与所述光接收器之间，可发生绕所述反射盘的轴线的相对转动；

所述反射部被配置为用于将所述光发射器发射的光反射至所述光接收器，所述遮挡部被配置为用于阻挡所述光发射器发射的光反射至所述光接收器。

2.根据权利要求1所述的扫描角度感应装置，其特征在于，所述反射部包括多个反射面，多个所述反射面依次连接，并形成相对所述反射盘的反射侧表面内凹的结构；

所述遮挡部包括多个遮挡面，多个所述遮挡面依次连接，并形成相对所述反射盘的反射侧表面外凸的结构。

3.根据权利要求2所述的扫描角度感应装置，其特征在于，所述反射部包括两个所述反射面；

两个所述反射面相互垂直。

4.根据权利要求2所述的扫描角度感应装置，其特征在于，所述遮挡部包括两个所述遮挡面；

两个所述遮挡面之间的夹角小于或等于90度。

5.根据权利要求4所述的扫描角度感应装置，其特征在于，在所述反射盘的轴向上，所述遮挡面的最低点与最高点的高度差为0.1mm至5mm。

6.根据权利要求1至5任一项所述的扫描角度感应装置，其特征在于，所述反射部包括光学镜面；和/或

所述遮挡部包括光学镜面。

7.根据权利要求1至5任一项所述的扫描角度感应装置，其特征在于，所述遮挡部包括吸光面。

8.根据权利要求7所述的扫描角度感应装置，其特征在于，所述吸光面的颜色为黑色。

9.一种激光扫描测距仪，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的扫描角度感应装置。

10.一种自主移动机器人，其特征在于，包括如权利要求9所述的激光扫描测距仪。

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