CN220105293U - 一种避障传感器及移动机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及机器人技术领域，特别公开了一种避障传感器及移动机器人，避障传感器包括发射单元、扫描单元、接收单元和主控单元，主控单元用于控制扫描单元旋转，以使所述扫描单元对所述发射单元发射的光源进行旋转扫描，且根据所述发射单元发射的光线和接收单元接收的光线进行测距。通过上述方式，当移动机器人需要避障时，通过避障传感器的扫描单元可以对发射单元发射的光线反射或折射，改变光线的方向；接收单元接收障碍物在扫描单元扫描范围内反射回来的光线，并且，主控单元根据发射单元发射的光线和接收单元接收的光线进行测距，从而计算出避障传感器与扫描范围内障碍物之间的距离，实现移动机器人路径规划的同时完成避障功能。

Description

一种避障传感器及移动机器人

技术领域

本实用新型实施例涉及机器人技术领域，特别是涉及一种避障传感器及移动机器人。

背景技术

移动机器人，以扫地机器人或服务机器人为例，其避障传感器功能大多都是单纯使用线激光向下倾斜角度实现避障，而这样的方案只能对固定高度和距离进行探测，盲区较多，对一些悬空的障碍物无法探测。

并且，即使存在将激光线分别水平方向和竖直方向使用，虽然能够增强其探测盲区的能力，但是探测能力始终有限。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型实施例提供了一种避障传感器及移动机器人，克服了上述问题或者至少部分地解决了上述问题，能够在一定角度内实现三维扫描，覆盖整个盲区。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种避障传感器，包括发射单元，用于发射光线；扫描单元，设置于所述发射单元的光路上，用于将所述发射单元发射的光线反射或折射，以改变所述光线的方向；接收单元，用于接收障碍物在所述扫描单元的扫描范围内反射或折射回来的光线；主控单元，与所述发射单元、所述扫描单元和所述接收单元电连接，所述主控单元用于控制所述扫描单元旋转，以使所述扫描单元对所述发射单元发射的光线进行旋转扫描，且根据所述发射单元发射的光线和接收单元接收的光线进行测距。

在一种可选的方式中，所述扫描单元的数量为一个或多个。

在一种可选的方式中，所述扫描单元为MEMS振镜，且所述主控单元与所述MEMS振镜电连接。

在一种可选的方式中，所述扫描单元为转镜，所述避障传感器还包括驱动单元，所述主控单元与所述驱动单元电连接，且所述驱动单元与所述转镜驱动连接。

在一种可选的方式中，所述发射单元为第一激光器，所述第一激光器为点光源激光器；

所述主控单元，还用于驱动所述扫描单元以第一方向和第二方向旋转，所述第一方向和第二方向分别处于不同的平面。

在一种可选的方式中，所述发射单元为第二激光器，所述第二激光器为线光源激光器；

所述主控单元，还用于驱动所述扫描单元以第一方向或第二方向旋转。

在一种可选的方式中，所述避障传感器还包括安装座，所述扫描单元、发射单元及接收单元均固定在所述安装座上。

在一种可选的方式中，所述发射单元及所述接收单元固定在所述主控单元上，且所述扫描单元固定在安装座上。

根据本实用新型的另一个方面，提供了一种移动机器人，包括机器人本体和如上所述的避障传感器；

所述避障传感器设置于所述机器人本体上；

所述机器人本体与所述避障传感器电连接。

在一种可选的方式中，所述避障传感器设置在所述机器人本体的侧面。

本实用新型实施例的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型实施例的避障传感器及移动机器人。避障传感器包括发射单元、扫描单元、接收单元和主控单元。在避障的时候，主控单元控制发射单元发射光线；主控单元控制扫描单元旋转，由于扫描单元设置于发射单元的光路上，实现对发射单元发射的光线反射或折射，从而可以改变光线的方向；接收单元接收障碍物在所述扫描单元的扫描范围内反射或折射回来的光线，并且，主控单元根据所述发射单元发射的光线和接收单元接收的光线进行测距，从而计算出避障传感器与扫描范围内障碍物之间的距离，实现移动机器人路径规划的同时完成避障功能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施例或现有技术中的技术方案，下面将对具体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。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1是本实用新型实施例避障传感器的示意性框图；

图2是本实用新型实施例避障传感器的结构示意图；

图3是本实用新型实施例扫描单元的结构示意图；

图4是本实用新型实施例避障传感器安装在移动机器人的结构示意图。

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”以及类似的表述只是为了说明的目的。

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。本说明书中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，下面所描述的本申请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1，图1为避障传感器的示意性框图，避障传感器10包括发射单元101、扫描单元102、接收单元103和主控单元104。

其中，如图2所示，发射单元101，用于发射光线，发射单元101为激光器，发射的光线可以是点光源，也可以是线光源；扫描单元102，设置于发射单元101的光路上，用于将发射单元101发射的光线反射或折射，以改变所述光线的方向；接收单元103，用于接收障碍物在扫描单元102的扫描范围内反射或折射回来的光线；主控单元104，与发射单元101、扫描单元102和接收单元103电连接，主控单元104用于控制扫描单元102旋转，以使扫描单元102对发射单元101发射的光线进行旋转扫描，且根据发射单元101发射的光线和接收单元103接收的光线进行测距。

在测距的时候，可以采用三角法、TOF法等测距方法实现，主控单元104控制发射单元101发射光线，扫描单元102对发射单元101发射的光线进行反射或折射，以改变光线的方向，在多个角度方向扫描后，实现大范围立体角度扫描；接收单元103接收到扫描范围内反射过来的光线，接收单元103可以包括CCD/CMOS等光学传感器、光学镜头等光学元件的光电模组。主控单元104可以包括一块PCB板，或者多块PCB板，用于保证发射单元101、接收单元103的电气连接，并且具有运算能力的处理单元，可以处理图像数据，简化向上位机的输出，便于测距。因此，主控单元104通过记录发射单元101发射光线的发射时间，以及接收单元103接收光线的接收时间，从而计算出避障传感器与扫描范围内障碍物之间的距离，实现移动机器人路径规划的同时完成避障功能。

本申请的实施例，在避障的时候，主控单元104控制发射单元101发射光线；主控单元104控制扫描单元102旋转，由于扫描单元102设置于发射单元101的光路上，实现对发射单元101发射的光线反射或折射，从而可以改变光线的方向；接收单元103接收障碍物在扫描单元102的扫描范围内反射或折射回来的光线，并且，主控单元104根据发射单元101发射的光线和接收单元103接收的光线进行测距，从而计算出避障传感器与扫描范围内障碍物之间的距离，实现移动机器人路径规划的同时完成避障功能。

在一些实施例中，扫描单元102的数量为一个或多个。比如，如果扫描单元102为MEMS振镜的时候，扫描单元102可以有多个MEMS振镜，以便于全方位各个角度改变光线的方向。

在一些实施例中，扫描单元102为MEMS振镜，且主控单元104与MEMS振镜电连接。MEMS振镜是一种基于微机电系统(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)技术制作而成的微小可驱动反射镜，镜面直径通常只有几毫米，在MEMS振镜中，金属线圈形成在单晶硅上，振镜通过MEMS处理形成在线圈内部，并且磁体布置在振镜下方。在由磁体产生的磁场内，围绕振镜的线圈中流动的电流基于弗莱明定律产生导致振镜倾斜的洛仑兹力。另外，振镜可以通过MEMS处理形成的两个弹簧的组合以二维方式驱动，入射到振镜上的激光路径以这种方式变化以扫描和投射。与静电或压电驱动振镜相比，电磁驱动MEMS振镜的驱动电压更低，更易于使用。并且，MEMS振镜与传统的光学扫描镜相比，具有重量轻，体积小，易于大批量生产，生产成本较低的优点。MEMS振镜的工作原理为反射、折射或衍射。因此，主控单元104与MEMS振镜电连接，从而实现主控单元104控制MEMS振镜旋转扫描。

在一些实施例中，发射单元101为第一激光器，第一激光器为点光源激光器；

主控单元104，还用于驱动扫描单元102以第一方向和/或第二方向旋转，第一方向和第二方向分别处于不同的平面。

当发射单元101为第一激光器时，发射的光线为点光源，此时，主控单元104驱动扫描单元102以第一方向和/或第二方向旋转，并且，该扫描单元102为两个MEMS振镜时，主控单元104可以控制一个MEMS振镜以第一方向旋转，且控制另一个MEMS振镜以第二方向旋转；该扫描单元102为一个MEMS振镜时，主控单元104可以控制MEMS振镜以第一方向或第二方向旋转；或者是该扫描单元102为一个转镜时，主控单元104控制转镜以第一方向旋转。

如图3所示，图3为扫描单元102为一个MEMS振镜的结构示意图，第一方向和第二方向分别处于不同的平面。例如，第一方向所处的平面为水平方向的平面，第二方向所处的平面为垂直方向的平面，当然，第一方向所处的平面不局限于水平方向的平面，例如，与水平方向的平面形成一定夹角，第二方向所处的平面也不局限于垂直方向的平面，同样可以与垂直方向的平面形成一定夹角，在此不局限。

MEMS振镜可以以第一方向旋转，然后以第二方向旋转，或者先以第二方向旋转，再以第一方向旋转，在此不局限，在每个方向旋转时，多个点光源形成面光源，两个面光源构成三维立体激光点，从而能够实现大范围的立体角度扫描。

在一些实施例中，发射单元101为第二激光器，第二激光器为线光源激光器；

主控单元104，还用于驱动扫描单元102以第一方向或第二方向旋转。

当发射单元101为第二激光器时，发射的光线为线光源，此时，主控单元104驱动扫描单元102以第一方向或第二方向旋转，该扫描单元102也可以为MEMS振镜，第一方向和第二方向如上述所述，当然，也可以是其他方向，比如顺时针方向，逆时针方向等等，在此不局限。

由于MEMS振镜反射的激光为线状形式，得到的是激光线，在以第一方向或第二方向旋转的时候，获得多个不同方向的激光线，从而可以构成三维立体激光点，能够实现大范围的立体角度扫描。

在一些实施例中，扫描单元102为转镜，所述避障传感器还包括驱动单元(图未示)，主控单元104与所述驱动单元电连接，且所述驱动单元与所述转镜驱动连接。转镜包括多个反射面，驱动单元可以是电机，通过驱动单元带动转镜旋转，实现扫描单元102对发射单元101发射的光线进行反射。并且，发射单元101同样可以为点光源激光器或线光源激光器，通过转镜旋转，使得光线构成三维立体激光点，实现大范围的立体角度扫描。

在一些实施例中，所述避障传感器还包括安装座(图未示)，扫描单元102、发射单元101及接收单元103固定在所述安装座上。可以理解的是，扫描单元102的底座固定于安装座上，使得扫描单元102固定，但是其能够折射或反射光线的部件可以在主控单元104的驱动下旋转。

在一些实施例中，发射单元101及接收单元103固定在主控单元104上，且扫描单元102固定在安装座上。即发射单元101及接收单元103可以设置在PCB板上，该PCB板为主控单元104；扫描单元102固定在上述的安装座上，保证避障传感器的结构稳定。

可以理解的是，发射单元101与接收单元103及扫描单元102三者安装的位置不局限。扫描单元102位于发射单元101的光路上，只要扫描单元102能够扫描到发射单元101发射的光源，且接收单元103能够接收到反射回来的光源的位置关系均可，在此不局限。

在一些实施例中，为了扫描单元102位于发射单元101的光路上，发射单元101可以设置在扫描单元102的斜上方，发射单元101朝向扫描单元102所在的位置发射光源，从而使得发射单元101向下倾斜，从而实现对地面的近距离探测。

本申请还提出一种移动机器人20，如图4所示，移动机器人20包括机器人本体和避障传感器10；避障传感器10设置于机器人本体上，例如设置在机器人本体的侧面；机器人本体与避障传感器10电连接。

机器人本体用于启动3D建图；避障传感器10，用于获取多个角度方向的2D点云数据；机器人本体，还用于根据2D点云数据进行3D建图。

该移动机器人20可以是扫地机器人、送物机器人等可以移动的机器人，由于移动机器人20在移动的时候，需要避障，因此，该移动机器人20包括前述的避障传感器10，以便于机器人路径规划的同时完成避障功能。

移动机器人20在避障的时候，避障传感器10的主控单元104控制发射单元101发射光线；主控单元104控制扫描单元102旋转，由于扫描单元设置于发射单元的光路上，实现对发射单元发射的光线反射或折射，从而可以改变光线的方向；接收单元103接收障碍物在扫描单元102的扫描范围内反射或折射回来的光线，并且，主控单元104根据发射单元101发射的光源和接收单元103接收的光源进行测距，从而计算出避障传感器与扫描范围内障碍物之间的距离，实现移动机器人路径规划的同时完成避障功能。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种避障传感器，其特征在于，包括：

发射单元，用于发射光线；

扫描单元，设置于所述发射单元的光路上，用于将所述发射单元发射的光线反射或折射，以改变所述光线的方向；

接收单元，用于接收障碍物在所述扫描单元的扫描范围内反射或折射回来的光线；

主控单元，与所述发射单元、所述扫描单元和所述接收单元电连接，所述主控单元用于控制所述扫描单元旋转，以使所述扫描单元对所述发射单元发射的光线进行旋转扫描，且根据所述发射单元发射的光线和接收单元接收的光线进行测距。

2.根据权利要求1所述的避障传感器，其特征在于，所述扫描单元的数量为一个或多个。

3.根据权利要求1所述的避障传感器，其特征在于，所述扫描单元为MEMS振镜，且所述主控单元与所述MEMS振镜电连接。

4.根据权利要求1所述的避障传感器，其特征在于，所述扫描单元为转镜，所述避障传感器还包括驱动单元，所述主控单元与所述驱动单元电连接，且所述驱动单元与所述转镜驱动连接。

5.根据权利要求1所述的避障传感器，其特征在于，所述发射单元为第一激光器，所述第一激光器为点光源激光器；

所述主控单元，还用于驱动所述扫描单元以第一方向和/或第二方向旋转，所述第一方向和第二方向分别处于不同的平面。

6.根据权利要求1所述的避障传感器，其特征在于，所述发射单元为第二激光器，所述第二激光器为线光源激光器；

所述主控单元，还用于驱动所述扫描单元以第一方向或第二方向旋转。

7.根据权利要求1所述的避障传感器，其特征在于，所述避障传感器还包括安装座，所述扫描单元、发射单元及接收单元均固定在所述安装座上。

8.根据权利要求1所述的避障传感器，其特征在于，所述发射单元及所述接收单元固定在所述主控单元上，且所述扫描单元固定在安装座上。

9.一种移动机器人，其特征在于，所述移动机器人包括机器人本体和如权利要求1-8任一项所述的避障传感器；

所述避障传感器设置于所述机器人本体上；

所述机器人本体与所述避障传感器电连接。

10.根据权利要求9所述的移动机器人，其特征在于，所述避障传感器设置在所述机器人本体的侧面。