CN220040766U - 测距装置及清洁机器人 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种测距装置及清洁机器人，该测距装置包括：光发射器，用于发射探测光；至少两个光探测器，包括第一光探测器和第二光探测器；与第一光探测器对应设置的第一光学透镜；与第二光探测器对应设置的第二光学透镜；与光发射器对应设置的第三光学透镜；隔光板，用于防止目标散射光进入第一光探测器和/或第二光探测器，其中，目标散射光为探测光照射到第三光学透镜的出光侧镜面上的灰尘时形成的散射光。

Description

测距装置及清洁机器人

技术领域

本公开涉及一种测距装置及清洁机器人。

背景技术

在机器人定位技术中，通常采用反射型测距传感器如激光或红外传感器来实现机器人与待测目标之间的距离检测。距离检测结果的准确性影响着机器人定位以及路径规划的可靠性。因此，需要提供一种测量较为准确的测距装置。

实用新型内容

第一方面，本公开一实施例提供了一种测距装置，包括：

光发射器，用于发射探测光；

至少两个光探测器，包括第一光探测器和第二光探测器，所述第一光探测器用于接收待测目标在所述探测光作用下反射的第一信号光，所述第二光探测器用于接收所述待测目标在所述探测光作用下反射的第二信号光；

与所述第一光探测器对应设置的第一光学透镜，与所述第二光探测器对应设置的第二光学透镜，与所述光发射器对应设置的第三光学透镜；

隔光板，用于防止目标散射光进入所述第一光探测器和/或所述第二光探测器，其中，所述目标散射光为所述探测光照射到所述第三光学透镜的出光侧镜面上的灰尘时形成的散射光。

第二方面，本公开一实施例提供了一种清洁机器人，包括机器人主体以及上述第一方面所述的测距装置，所述测距装置设置在所述机器人主体上。

上述说明仅是本公开提供的技术方案的概述，为了能够更清楚了解本公开的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本公开的上述和其它特征和效果能够更明显易懂，以下特举本公开的实施方式。

附图说明

图1为本公开实施例中测距装置的一种示例性结构示意图；

图2为本公开实施例中交叠面积与距离的一种示例性关系曲线；

图3为本公开实施例中交叠面积比例与距离的一种示例性关系曲线；

图4为本公开实施例中目标散射光的光路图；

图5-图13为本公开实施例中测距装置的九种示例性结构示意图；

图14为本公开实施例中清洁机器人的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。需要指出的是，在附图中，为了图示的清晰可能夸大了元件的尺寸。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，本文中出现的用语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。用语“多个”“至少两个”包括两个或大于两个的情况。用语“第一”、“第二”、“第三”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量以及先后关系的限制。用语“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

本公开一实施例提供了一种测距装置10，如图1所示，该测距装置10包括：光发射器101以及至少两个光探测器。

其中，光发射器101用于发射探测光。例如，探测光可以是红外光，或者，也可以是激光，本实施例对此不做限制。

至少两个光探测器包括第一光探测器102和第二光探测器103。第一光探测器102用于接收待测目标100在探测光作用下反射的第一信号光，并输出第一回波信号；第二光探测器103用于接收待测目标100在探测光作用下反射的第二信号光，并输出第二回波信号；以根据第一回波信号与第二回波信号的比值得到目标距离，即与待测目标100之间的距离。

反射型传感器的本质是根据反射面反射回的信号光的强弱(回波数)来判断距离的远近，测距结果容易受反射材质的影响。在与待测目标100之间的距离相同的情况下，不同材质待测目标100的反射率不同，导致返回的信号光能量不同，据此得到的测距结果也就不同，不利于保证测距结果的准确性。

本公开实施例在一对光发射器101和发探测器方案的基础上，增设了至少一个光探测器，同时对同一待测目标100进行两次以上测试。以上述设置第一光探测器102和第二光探测器103的方案为例，一次检测可以得到第一回波信号和第二回波信号，计算第一回波信号与第二回波信号的比值，再基于该比值得到目标距离，由于信号比值与反射面材质无关，能够有效地消除不同材质对检测结果的影响，提高距离检测结果的准确性。

需要说明的是，本文主要以对应于一个光发射器101设置两个光探测器即上述第一光探测器102和第二光探测器103为例进行说明。在其他示例中，光探测器的数量也可以多于两个，本实施例对此不做限制。例如，除了第一光探测器102和第二光探测器103以外，还可以设置第三光探测器，这样就可以得到三组回波信号，从而两两计算比值，得到三组距离测量结果，再通过求平均或其他方式得到最终的测量结果。

实际实施时，第一光探测器102和第二光探测器103的可视区域均与光发射器101的照射区域至少存在部分交叠，以保证第一光探测器102和第二光探测器103均能接收到待测目标100在探测光作用下的反射光。可以理解的是，可视区域与照射区域的交叠面积大小与光探测器接收到的反射信号光强度呈正相关，即交叠面积越大，接收到反射信号光强度越强。

由此，可以分别针对各光探测器，对上述交叠面积θ(l)与待测距离l之间的关系进行配置。例如，如图2所示，上述交叠面积θ(l)可以是随着待测距离l的增加先增大后减小。本文中，为了便于区分，将第一光探测器102的可视区域与光发射器101的照射区域之间的交叠面积称为第一交叠面积，第二光探测器103的可视区域与光发射器101的照射区域之间的交叠面积称为第二交叠面积。

在一些示例中，第一光探测器102和第二光探测器103与待测目标100之间的距离相等。例如，光发射器101、第一光探测器102和第二光探测器103的中心轴平行，沿该中心轴方向，光发射器101的出光面、第一光探测器102的入光面以及第二光探测器103入光面齐平。此时，可以认为光发射器101、第一光探测器102和第二光探测器103与同一待测目标100之间的距离相等。

此时，通过对光发射器101、第一光探测器102以及第二光探测器103的光路进行配置，可以使得在待测距离相等的情况下，第一交叠面积与第二交叠面积存在差异，并满足预设距离范围内，第一交叠面积与第二交叠面积的比值与距离呈正相关或负相关。需要说明的是，预设距离范围根据实际应用场景的需要设计。

例如，将待测距离表示为l，第一交叠面积表示为θ₁(l)，第二交叠面积表示为θ₂(l)。如图3所示，以预设距离范围(l₁，l2)内，与距离l呈正相关为例。第一回波信号对应的光电流与第二回波信号对应的光电流之间的比值/>与/>成正比。由此，就可以使得第一回波信号的电压量与第二回波信号的电压量之间的比值与距离l呈正相关，从而根据第一回波信号的电压量与第二回波信号的电压量之间的比值确定目标距离。

例如，可以先采集大量样本数据进行曲线拟合，确定上述第一回波信号与第二回波信号的比值与距离之间的对应关系，然后在实际测得比值后，将该比值带入上述对应关系，确定目标距离。或者，也可以预先构建上述比值与距离的对应表，将实际测得比值与上述对应表进行匹配，得到目标距离。

需要说明的是，第一回波信号与第二回波信号的比值可以是第一回波信号比上第二回波信号，或者，也可以是第二回波信号比上第一回波信号，根据实际需要设置，本实施例对此不做限制。上述信号处理过程可以用硬件电路实现，或者，也可以用计算机程序实现，本实施例对此不做限制。

为了方便调整光发射器101、第一光探测器102以及第二光探测器103的光路，测距装置10还包括：与第一光探测器102对应设置的第一光学透镜112、与第二光探测器103对应设置的第二光学透镜113以及与光发射器101对应设置的第三光学透镜111。光发射器101出射的探测光经过第三光学透镜111进行光路调整后照射到待测目标100表面。待测目标100在探测光作用下反射的第一信号光经过第一光学透镜112进行光路调整后，被第二光探测器103接收。待测目标100在探测光作用下反射的第二信号光经过第二光学透镜113进行光路调整后，被第二光探测器103接收。

实际实施时，为了避免光发射器101发出的部分大角度探测光被光探测器接收，影响距离检测结果，可以在光发射器101与相邻设置的光探测器之间设置挡板，以阻隔这部分大角度探测光。

例如，如图4所示，光发射器101、第一光探测器102以及第二光探测器103依次排布时，第一光探测器102与光发射器101相邻设置，第二光探测器103设置在第一光探测器102的远离光发射器101的一侧，则可以在光发射器101与第一光探测器102之间设置挡板120，以避免大角度探测光进入第一光探测器102的光学透镜，被第一光探测器102接收。本文中所述的挡板为具有光线遮挡功能的挡板，例如，可以采用黑色遮光材料制成。

在一些示例中，第一光学透镜112的入光侧镜面、第二光学透镜113的入光侧镜面以及第三光学透镜111的出光侧镜面齐平，以尽量减少外侧镜面积灰。上述挡板120的末端可以嵌入到第一光学透镜112与第三光学透镜111之间，与第一光学透镜112的入光侧以及第三光学透镜111的出光侧齐平，这样镜面比较不容易积灰。

进一步地，发明人在研究过程中发现，随着使用时间的增加，第三光学透镜111的出光侧镜面上不可避免地还是会沉积灰尘，而光发射器101发出的探测光照射到该灰尘上时，会发生丁达尔效应，即围绕灰尘发生散射现象，改变光的传播方向。尤其在靠近光探测器的镜面区域处有灰尘时，所形成的散射光容易被第一光探测器102和第二光探测器103接收到，产生错误，影响最终的测量结果。例如，在不存在待测目标100的情况下，产生距离测量结果，导致误判。

如图4所示，当椭圆形虚线框示意的位置处有灰尘400时，从光发射器101射出的探测光，照射到该灰尘400时发生散射，所形成的目标散射光L射入到第一光学透镜112，并进一步射入到第二光学透镜113，进而被第二光探测器103接收，产生错误的测量结果。

鉴于此，本公开一实施例提供的测距装置10还包括：隔光板121。隔光板121用于防止目标散射光进入第一光探测器102和/或第二光探测器103，有效地改善了上述丁达尔效应带来的镜面浮灰干扰问题，有利于提高距离检测结果的准确性。其中，目标散射光为探测光照射到第三光学透镜111的出光侧镜面上的灰尘时形成的散射光。需要说明的是，本文中所述的隔光板121也具有光线遮挡功能，例如，可以采用与挡板120相同的黑色遮光材料制成。

具体实施时，隔光板121的设置与光发射器101、第一光探测器102以及第二光探测器103的排布方式有关。假设T表示光发射器101，R1表示第一光探测器102，R2表示第二光探测器103。本文中，光发射器101、第一光探测器102、第二光探测器103可以按照TR1R2的顺序排布，或者，也可以按照R1TR2的顺序排布。

下面先对按照TR1R2的顺序排布即第一光探测器102排布在光发射器101与第二光探测器103之间时，示例性的几种隔光板121设置方式进行说明。

第一种，第一光探测器102与第二光探测器103之间设置有上述隔光板121，以防止上述目标散射光进入第二光探测器103。此外，第一光探测器102与光发射器101之间设置有挡板120，以阻挡光发射器101发出的大角度探测光被第一光探测器102和第二光探测器103接收，干扰距离检测结果。例如，挡板120的末端可以与第三光学透镜111的出光侧镜面齐平，以减少镜面积灰。

此时，第一回波信号与第二回波信号的比值采用第二回波信号的电压量比上第一回波信号的电压量。这样隔光板121就可以阻挡丁达尔效应形成的散射光经过第一光探测器102所在区域进入第二光探测器103。尽管第一光探测器102可能会接收到目标散射光，但作为分子的第二回波信号为零，第二回波信号的电压量比上第一回波信号的电压量的比值就为0，可以有效地避免由于接收到目标散射光导致的错误测量结果，改善了丁达尔效应带来的镜面浮灰干扰问题，有利于提高距离检测结果的准确性。

在一些示例中，考虑到第一光探测器102和第二光探测器103相邻设置，为了节约模具成本，第一光学透镜112和第二光学透镜113可以一体设置。

如图5所示，第一光学透镜112与第二光学透镜113的入光侧镜面一体设置，隔光板121从出光侧嵌入第一光学透镜112与第二光学透镜113之间的开口内。也就是说，第一光学透镜112与第二光学透镜113的入光侧镜面未被隔光板121贯穿，这样可以一体加工第一光学透镜112和第二光学透镜113，无需另外设计模具，以便节约模具成本。

需要说明的是，隔光板121的末端与第一光学透镜112和第二光学透镜113的入光侧镜面之间的距离根据需要遮挡的散射光角度以及工艺要求设置。隔光板121的末端是指靠近第一光学透镜112和第二光学透镜113的入光侧的一端。

在一些示例中，第一光学透镜112与第二光学透镜113也可以相互独立设置。如图6所示，隔光板121的末端可以嵌入第一光学透镜112与第二光学透镜113之间，隔光板121的末端、第一光学透镜112的入光侧镜面以及第二光学透镜113的入光侧镜面可以齐平，这样镜面比较不容易积灰。或者，如图7所示，隔光板121的末端也可以凸出于第一光学透镜112的入光侧镜面，以便更好地阻挡上述目标散射光。例如，隔光板121的末端可以相对于第一光学透镜112的入光侧镜面凸出0.3mm～1mm，如0.3mm，0.4mm或0.5mm等，具体可以根据实际需要设置。

如图8所示，在一些示例中，上述挡板120的末端也可以凸出于第三光学透镜111的出光侧镜面，以防止上述目标散射光进入到第一光探测器102所在的区域，使其也不被第一光探测器102接收，进一步改善丁达尔效应带来的镜面浮灰干扰问题，且能够降低对信号处理过程的限制。例如，挡板120的末端可以相对于第三光学透镜111的出光侧镜面凸出0.3mm～1mm，如0.3mm，0.4mm或0.5mm等，具体可以根据实际需要设置。

第二种，如图9所示，光发射器101与第一光探测器102之间设置有隔光板121，隔光板121的末端嵌入第一光学透镜112与第三光学透镜111之间，且凸出于第三光学透镜111的出光侧镜面，以防止目标散射光以及大角度探测光进入第一光探测器102和第二光探测器103。例如，隔光板121的末端可以相对于第三光学透镜111的出光侧镜面凸出0.3mm～1mm，如0.3mm，0.4mm或0.5mm等，具体可以根据实际需要设置。

此时，第一光探测器102与第二光探测器103之间可以无需隔挡，如图9所示。或者，如图10所示，第一光探测器102与第二光探测器103之间也可以设置有信号光挡板122。信号光挡板122的末端位于第一光学透镜112和第二光学透镜113的出光侧，无需嵌入到第一光学透镜112和第二光学透镜113之间，既可以阻挡从第一光学透镜112出射的大角度信号光进入第二光探测器103，以及阻挡从第二光学透镜113出射的大角度信号光进入第一光探测器102，从而降低两个光探测器之间的干扰，提高距离检测结果的准确性，又不影响第一光学透镜112和第二光学透镜113的设置，降低加工成本。

当光发射器101、第一光探测器102、第二光探测器103按照R1TR2的顺序排布时，光发射器101位于第一光探测器102和第二光探测器103之间，光发射器101与第一光探测器102以及第二光探测器103均相邻。此时，隔光板121的示例性设置方式可以有以下几种：

第一种，如图11所示，光发射器101与第一光探测器102之间设置有隔光板121，该隔光板121的末端嵌入到第一光学透镜112与第三光学透镜111之间，且凸出于第三光学透镜111的出光侧镜面设置。一方面可以阻挡大角度探测光进入第一光探测器102，另一方面还可以防止上述目标散射光进入到第一光探测器102所在的区域，使其不被第一光探测器102接收。此外，光发射器101与第二光探测器103之间设置有挡板120，挡板120的末端嵌入到第二光学透镜113与第三光学透镜111之间，与第三光学透镜111的出光侧镜面齐平，以阻挡大角度探测光进入第二光探测器103。

相应地，第一回波信号与第二回波信号的比值采用第一回波信号的电压量比上第二回波信号的电压量。这样，在存在上述因丁达尔效应形成的散射光的情况下，作为分子的第一回波信号为零，第一回波信号的电压量比上第二回波信号的电压量的比值就为0，可以有效地避免由于接收到灰尘散射光导致的错误测量结果，改善了丁达尔效应带来的镜面浮灰干扰问题。

第二种，如图12所示，光发射器101与第二光探测器103之间设置有隔光板121，该隔光板121的末端嵌入到第二光学透镜113与第三光学透镜111之间，且凸出于第三光学透镜111的出光侧镜面设置。一方面可以阻挡大角度探测光进入第二光探测器103，另一方面还可以防止上述目标散射光进入到第二光探测器103所在的区域，使其不被第二光探测器103接收。此外，光发射器101与第一光探测器102之间设置有挡板120，该挡板120嵌入到第一光学透镜112与第三光学透镜111之间，与第三光学透镜111的出光侧镜面齐平，以阻挡大角度探测光进入第一光探测器102。相应地，第一回波信号与第二回波信号的比值采用第二回波信号的电压量比上第一回波信号的电压量。

第三种，如图13所示，光发射器101与第一光探测器102之间以及光发射器101与第二光探测器103之间均设置有隔光板121。隔光板121的设置方式可以参照上述第一种和第二种方式，此处不再赘述。这样可以防止两侧的目标散射光进入第一光探测器102和第二光探测器103。

另外，本公开一实施例还提供了一种清洁机器人，如图14所示，该清洁机器人20包括机器人主体200以及上文中任一实施例提供的测距装置10，测距装置10设置在机器人主体200上。机器人主体200的具体结构以及测距装置10在机器人主体200上的设置位置根据实际应用场景的需要确定。例如，清洁机器人20可以是扫地机器人、拖地机器人、扫拖一体机器人或者是擦窗机器人等，本实施例对此不做限制。

以扫地机器人为例，为了实现扫地机器人沿墙障碍物检测，可以在机器人主体200的侧面如右侧设置上述测距装置10，以较准确地实现扫地机器人与墙面的距离检测，以提高沿墙行驶路径规划的可靠性。

需要说明的是，本公开中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本公开一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

尽管已描述了本公开的示例性实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括示例性实施例以及落入本公开范围的所有变更和修改。

Claims (10)

1.一种测距装置，其特征在于，包括：

光发射器(101)，用于发射探测光；

至少两个光探测器，包括第一光探测器(102)和第二光探测器(103)，所述第一光探测器(102)用于接收待测目标(100)在所述探测光作用下反射的第一信号光，所述第二光探测器(103)用于接收所述待测目标(100)在所述探测光作用下反射的第二信号光；

与所述第一光探测器(102)对应设置的第一光学透镜(112)，与所述第二光探测器(103)对应设置的第二光学透镜(113)，与所述光发射器(101)对应设置的第三光学透镜(111)；

隔光板(121)，用于防止目标散射光进入所述第一光探测器(102)和/或所述第二光探测器(103)，其中，所述目标散射光为所述探测光照射到所述第三光学透镜(111)的出光侧镜面上的灰尘时形成的散射光。

2.根据权利要求1所述的测距装置，其特征在于，所述第一光探测器(102)排布在所述光发射器(101)与所述第二光探测器(103)之间，

所述第一光探测器(102)与所述第二光探测器(103)之间设置有所述隔光板(121)，以防止所述目标散射光进入所述第二光探测器(103)。

3.根据权利要求2所述的测距装置，其特征在于，所述第一光学透镜(112)与所述第二光学透镜(113)的入光侧镜面一体设置，所述隔光板(121)从出光侧嵌入所述第一光学透镜(112)与所述第二光学透镜(113)之间的开口内。

4.根据权利要求2所述的测距装置，其特征在于，所述第一光学透镜(112)与所述第二光学透镜(113)相互独立设置，所述隔光板(121)的末端嵌入所述第一光学透镜(112)与所述第二光学透镜(113)之间；

所述隔光板(121)的末端、所述第一光学透镜(112)的入光侧镜面以及所述第二光学透镜(113)的入光侧镜面齐平，或者，所述隔光板(121)的末端凸出于所述第一光学透镜(112)的入光侧镜面。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的测距装置，其特征在于，还包括挡板(120)，所述挡板(120)设置在所述光发射器(101)与所述第一光探测器(102)之间；所述挡板(120)的末端嵌入所述第一光学透镜(112)与所述第三光学透镜(111)之间；

所述挡板(120)的末端与所述第三光学透镜(111)的出光侧镜面齐平，或者，所述挡板(120)的末端凸出于所述第三光学透镜(111)的出光侧镜面。

6.根据权利要求5所述的测距装置，其特征在于，所述挡板(120)的末端相对于所述第三光学透镜(111)的出光侧镜面凸出0.3mm～1mm。

7.根据权利要求1所述的测距装置，其特征在于，所述第一光探测器(102)排布在所述光发射器(101)与所述第二光探测器(103)之间，

所述光发射器(101)与所述第一光探测器(102)之间设置有所述隔光板(121)，所述隔光板(121)的末端嵌入所述第一光学透镜(112)与所述第三光学透镜(111)之间，且凸出于所述第三光学透镜(111)的出光侧镜面，以防止所述目标散射光以及大角度探测光进入所述第一光探测器(102)和所述第二光探测器(103)。

8.根据权利要求1所述的测距装置，其特征在于，所述光发射器(101)排布在所述第一光探测器(102)与所述第二光探测器(103)之间，

所述光发射器(101)与所述第一光探测器(102)之间，和/或，所述光发射器(101)与所述第二光探测器(103)设置有所述隔光板(121)，所述隔光板(121)凸出于所述第三光学透镜(111)的出光侧镜面设置。

9.根据权利要求1所述的测距装置，其特征在于，所述第一光探测器(102)和第二光探测器(103)与所述待测目标(100)之间的距离相等，

在预设距离范围内，第一交叠面积与第二交叠面积的比值与距离呈正相关或负相关，其中，所述第一交叠面积为所述第一光探测器(102)的可视区域与所述光发射器(101)的照射区域的交叠面积，所述第二交叠面积为所述第二光探测器(103)的可视区域与所述光发射器(101)的照射区域的交叠面积。

10.一种清洁机器人，其特征在于，包括机器人主体(200)以及权利要求1-9中任一项所述的测距装置，所述测距装置设置在所述机器人主体(200)上。