CN220171235U - 一种旋转式激光雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于激光雷达技术领域，更具体地说，是涉及一种旋转式激光雷达，包括：旋转底座、测距模组、第一电路板和光通信组件；测距模组位于旋转底座上方，包括测距电路板、测距组件和封装壳体，测距组件设于测距电路板上，封装壳体固定于测距电路板设于上；第一电路板设于旋转底座下方且与旋转底座电连接；光通信组件包括发射端、接收端和导光管，发射端设于测距电路板上，接收端设于第一电路板上，测距电路板和第一电路板垂直，导光管两端分别与发射端和接收端正对设置。本实用新型提供的旋转式激光雷达，不仅能方便测距电路板的测量数据在发射端和接收端之间进行传输，还能提高发射端和接收端之间的信号传输质量和传输效率。

Description

一种旋转式激光雷达

技术领域

本实用新型属于激光雷达技术领域，更具体地说，是涉及一种旋转式激光雷达。

背景技术

随着激光雷达技术领域的快速发展，激光雷达的应用领域逐渐拓宽，旋转式激光雷达由于其精准度高、探测范围广等特点越来越受到各行业的重视及应用，尤其在移动机器人行业应用最为广泛。

旋转式激光雷达包括测距模组和旋转底座，测距模组用于测量周围的环境数据，旋转底座的上下分别设置两个电路板，上电路板用于为测距模组供电，下电路板上设置有主控处理芯片，用于将激光雷达测量的环境数据传输给上位机(例如移动机器人的处理器)，通常设置光通信组件用于进行测距模组和旋转底座之间的数据传输，光通信组件包括发射端和接收端，发射端和接收端分别设置在旋转底座上下设置的两个电路板上，测距模组的信号经上电路板传输到发射端后，通过发射端与接收端的通信实现信号传输。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种旋转式激光雷达，以优化现有旋转式激光雷达中的数据传输，提高信号传输效率。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种旋转式激光雷达，包括：旋转底座；测距模组，位于旋转底座上方，包括测距电路板、测距组件和封装壳体，测距组件设于测距电路板上，封装壳体固定于测距电路板上；第一电路板，设于旋转底座下方且与旋转底座电连接；光通信组件，包括发射端、接收端和导光管，发射端设于测距电路板上，接收端设于第一电路板上，测距电路板和第一电路板垂直，导光管两端分别与发射端和接收端正对设置。

在一些实施例中，旋转底座包括定子支架和转子支架；定子支架包括底盘、第一围壁和中空柱，第一围壁和中空柱设于底盘且向上延伸，中空柱位于底盘的中心且轴向贯通底盘，第一围壁位于中空柱的外侧；转子支架包括顶盘、转轴和第二围壁，第二围壁和转轴设于顶盘且向下延伸，转轴位于顶盘的中心且具有轴向贯通顶盘的中空结构，第二围壁位于转轴的外侧；转轴转动连接于中空柱内，第一围壁位于第二围壁的外侧，测距模组位于顶盘的上方，第一电路板位于底盘的下方。

在一些实施例中，旋转式激光雷达还包括第二电路板、编码盘和检测元件，第二电路板为中空的环状结构且套设于第二围壁的外侧，检测元件设于第二电路板上，编码盘设于底盘且位于第一围壁的外侧，编码盘与检测元件相配合以检测转子支架的转动速度和位置；测距电路板与第二电路板电连接。进一步地，测距电路板与第二电路板通过排线连接。

在一些实施例中，测距组件包括发射芯片和采集芯片，封装壳体包括设于顶盘上的封装支架以及设于封装支架上的发射组件和接收组件，测距电路板设于封装支架上，封装支架内设有独立腔，发射芯片和采集芯片设于测距电路板上且位于独立腔内；发射组件用于传输发射芯片发射的信号，接收组件用于将目标信号传输至采集芯片。在一个实施例中，转子支架与封装支架一体成型。在一个实施例中，顶盘上设有风扇结构。进一步地，顶盘的中心开设有轴向贯通的中心通孔，风扇结构包括主体和沿圆周方向分布的多个扇叶，主体套设于转轴外且与转轴固定，各扇叶的一端固定于主体，各扇叶的另一端固定于中心通孔的孔壁。

在一些实施例中，旋转底座还包括定子、转子、第一线圈和第二线圈，定子套设于中空柱的外侧，转子固定于第二围壁的内侧且套设于定子的外侧；第一线圈固定于第一围壁的内侧，第二线圈固定于第二围壁的外侧，第一线圈和第二线圈在径向上相对设置，定子、第一线圈均与第一电路板电连接，第二线圈与第二电路板电连接。

在一些实施例中，旋转式激光雷达还包括壳体，壳体内形成有容纳腔，旋转底座、测距模组、第一电路板、第二电路板和光通信组件均位于容纳腔内。

本实用新型提供的旋转式激光雷达，与现有技术相比，将光通信组件的发射端设于测距电路板，光通信组件的接收端设于第一电路板，并且增加导光管，其两端分别正对发射端和接收端，不仅能方便测距电路板的测量数据在发射端和接收端之间进行传输，还能提高发射端和接收端之间的信号传输质量和传输效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，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性的前提下，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旋转式激光雷达的剖视图；

图2为本实用新型实施例提供的旋转式激光雷达的爆炸图；

图3为图2中A处的局部放大图。

其中，图中各附图标记：

11-定子支架；111-底盘；112-第一围壁；113-中空柱；13-定子；14-第一线圈；12-转子支架；121-顶盘；122-转轴；123-第二围壁；15-转子；16-第二线圈；2-测距模组；21-测距电路板；22-封装壳体；221-封装支架；222-发射组件；223-接收组件；23-测距组件；231-发射芯片；232-采集芯片；3-第一电路板；4-光通信组件；41-发射端；42-接收端；43-导光管；5-第二电路板；6-编码盘；8-风扇结构；81-主体；82-扇叶；9-轴承；10-排线；20-检测元件。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

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间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如图1和图2所示，现对本实用新型提供的旋转式激光雷达进行说明，旋转式激光雷达包括旋转底座、测距模组2、第一电路板3和光通信组件4。测距模组2固定于旋转底座上方，第一电路板3设于旋转底座下方且与旋转底座电连接。测距模组2包括测距电路板21、固定于测距电路板21上的测距组件23以及封装壳体22，封装壳体22固定于测距电路板21上。其中，测距组件23包括发射芯片231和采集芯片232，用于朝向探测视场发射光信号并采集反射的回波，测距电路板21上设置有数据处理单元，可基于飞行时间原理对回波信号进行处理以获取被测目标的距离。测距电路板21垂直旋转底座使得发射芯片231的发射光路和采集芯片232的接收光路垂直于旋转底座的旋转轴122线，在测距过程中，旋转组件驱动测距模组2沿着旋转轴122的轴线转动，可以实现对激光雷达周围视场的二维扫描，获取周围环境的点云数据。

光通信组件4包括发射端41、接收端42和导光管43，发射端41固定于测距电路板21上并与其电连接，接收端42固定于第一电路板3上并与其电连接，测距电路板21和第一电路板3垂直，导光管43的两端分别与发射端41和接收端42正对，以在发射端41和接收端42之间形成信号传输通道，保证信号的传输质量。

通过测距电路板21和第一电路板3可以控制测距模组2和旋转底座的工作，光通信组件4用于实现测距模组2和第一电路板3的通信。由于第一电路板3设于旋转底座下方，测距模组2位于旋转底座上方，第一电路板3和第二电路板5之间具有一定的距离，同时，由于第一电路板3和测距电路板21垂直，设于第一电路板3上的接收端42以及设于测距电路板21上的发射端41很难直接进行通信，因此，通过导光管43的两端分别正对发射端41和接收端42，不仅能方便发射端41和接收端42之间的信号传输，还能提高发射端41和接收端42之间的信号传输质量。

本实用新型提供的旋转式激光雷达，与现有技术相比，将光通信组件4的发射端41设于测距电路板21，光通信组件4的接收端42设于第一电路板3，并且增加导光管43，其两端分别正对发射端41和接收端42，不仅能方便测距电路板21的测量数据在发射端41和接收端42之间进行传输，还能提高发射端41和接收端42之间的信号传输质量和传输效率。

如图1和图2所示，旋转底座包括定子支架11和转子支架12；定子支架11包括底盘111、第一围壁112和中空柱113，第一围壁112和中空柱113设于底盘111且向上延伸，中空柱113位于底盘111的中心且轴向贯通底盘111，第一围壁112位于中空柱113的外侧；转子支架12包括顶盘121、转轴122和第二围壁123，第二围壁123和转轴122设于顶盘121且向下延伸，转轴122位于顶盘121的中心且具有轴向贯通顶盘121的中空结构，第二围壁123位于转轴122的外侧。转轴122转动连接于中空柱113内，第一围壁112位于第二围壁123的外侧，测距模组2位于顶盘121的上方，第一电路板3位于底盘111的下方。具体地，导光管43的一端正对发射端41，导光管43的另一端穿过转轴122的中空结构后与接收端42正对，中空柱113与底盘111一体成型，转轴122与顶盘121一体成型，转轴122和中空柱113通过轴承9转动连接，轴承9安装于中空柱113内，转轴122向下延伸穿过轴承9。轴承9的内环套设在转轴122上，轴承9的外环安装在中空柱113内，从而实现转轴122与中空柱113的转动连接。转轴122、轴承9和中空柱113三者的中心轴线重合，这样能使转轴122受力均匀，防止转轴122晃动和老化，保证转子支架12旋转的稳定性。

在此需要说明的是，本申请所涉及的“轴向”和“上下方向”均是指转轴122的中心轴线方向，也是本申请中所指的“上下方向”，其中定子支架11在下侧，转子支架12在上侧；本申请所涉及的“径向”是指转轴122的径向。

在一实施例中，如图2所示，旋转式激光雷达还包括第二电路板5、编码盘6和检测元件20，第二电路板5为中空的环状结构且套设于第二围壁123的外侧，检测元件20设于第二电路板5朝向定子支架11的一侧，第二电路板5给检测元件20供电，编码盘6设于底盘111且位于第一围壁112的外侧，编码盘6与检测元件20相配合以检测转子支架12的转动速度和位置；测距电路板21与第二电路板5电连接，第二电路板5对测距电路板21供电。现有技术中，通常将第二电路板5设置于测距模组2和旋转底座之间，或者将第二电路板5设置于测距模组2上方，这两种方式都会增加旋转式激光雷达轴向上的高度，从而增大旋转式激光雷达的体积。在本实施例中，第二电路板5为中空的环状结构，且套设于第二围壁123的外侧，能够减小旋转式激光雷达的体积，使得旋转式激光雷达的结构更紧凑。

在现有的旋转式激光雷达中，通常直接将第二电路板5和测距电路板21进行焊接，但这种方式不仅工艺上不好操作，还容易发生短路，且长时间使用后信号传输效果不好。在本实施例中，如图1所示，测距电路板21与第二电路板5通过排线10连接，如此，不仅安装方便，安全性和可靠性也更好。

在一实施例中，如图2所示，封装壳体22包括设于顶盘121上的封装支架221以及设于封装支架221上的发射组件222和接收组件223，测距电路板21设于封装支架221上，封装支架221内设有独立腔(图未示)，发射芯片231和采集芯片232设于测距电路板21上且位于独立腔内，发射组件222用于传输发射芯片231发射的信号，接收组件223用于将目标信号传输至采集芯片232。具体地，发射芯片231和采集芯片232并排设置于测距电路板21上并分别与测距电路板21电连接，封装支架221上设置有并排的发射腔和接收腔，发射腔和接收腔均为通孔结构，使得当封装支架221固定连接于测距电路板21上时，发射芯片231和采集芯片232分别位于发射腔和接收腔内。发射组件222包括发射镜筒和发射透镜，发射镜筒设于封装支架221上，发射镜筒与发射腔对应设置，发射透镜设置于发射镜筒远离发射腔一侧的开口处，接收组件223包括接收镜筒和接收透镜，接收镜筒设于封装支架221上，接收镜筒与接收腔对应设置，接收透镜设置于接收镜筒远离接收腔一侧的开口处。在本实施例中，发射芯片231用于发射激光信号，激光信号经发射透镜传输到目标物体，经目标物体反射的激光信号经由接收透镜成像到采集芯片232上，测距电路板21用于计算光信号从发射到被采集的飞行时间并获得目标的距离信息。

在一实施例中，接收套筒与封装支架221一体成型，发射套筒与封装支架221可拆卸连接。其中，发射套筒与封装支架221可通过卡扣结构、螺纹连接结构等可拆卸方式进行连接，对此不做限定。将发射套筒与封装支架221设置成可拆卸连接，可以根据实际需要和使用场景更换不同规格的发射套筒，同时，当旋转式激光雷达由于空间不足、尺寸过大、部件干涉等原因需要拆去发射套筒时，也可以直接将发射套筒拆卸下来，不仅拆装方便，还有利于降低使用成本。将接收套筒与封装支架221设置成一体成型，可以有效地避免发射光路漏光对接收光路产生影响，提高测距模组2的精度。

在一实施例中，如图2和图3所示，转子支架12与封装支架221一体成型。更具体地，顶盘121与封装支架221一体成型，如此，在安装测距模组2时，只需要将发射芯片231和接收芯片设于测距电路板21上，再将测距电路板21安装于封装支架221上即可，无需再进行封装支架221和转子支架12的安装，也无需设计封装支架221和转子支架12之间的连接结构，如此，不仅能够简化旋转组件的结构、减小旋转组件的体积，还能降低旋转组件的制作成本。

在一实施例中，顶盘121上设有风扇结构8，通过设置风扇结构8，能够加快旋转式激光雷达的散热，提高测旋转式激光雷达的使用寿命。

在一实施例中，如图3所示，顶盘121的中心开设有轴向贯通的中心通孔，风扇结构8包括主体81和沿圆周方向分布的多个扇叶82，主体81套设于转轴122外且与转轴122固定，各扇叶82的一端固定于主体81，各扇叶82的另一端固定于中心通孔的孔壁。具体地，在转轴122转动时，能够带动主体81、顶盘121和扇叶82一起转动，不仅能加速旋转式激光雷达的散热，还无需为风扇结构8提供额外的动力结构，降低了旋转式激光雷达的制作成本。

在一实施例中，旋转底座还包括定子13、转子15、第一线圈14和第二线圈16，定子13套设于中空柱113的外侧，转子15固定于第二围壁123的内侧且套设于定子13的外侧；第一线圈14固定于第一围壁112的内侧，第二线圈16固定于第二围壁123的外侧，第一线圈14和第二线圈16在径向上相对设置，定子13、第一线圈14均与第一电路板3电连接，第二线圈16与第二电路板5电连接。在转子支架12和定子支架11相对转动时，第一线圈14和第二线圈16之间产生相对运动而产生电流，从而对第二电路板5供电。

在一实施例中，旋转式激光雷达还包括壳体(图未示)，壳体内形成有容纳腔，旋转底座、测距模组2、第一电路板3、第二电路板5和光通信组件4均位于容纳腔内。通过壳体可以对位于容纳腔内的旋转组件、测距模组2、第一电路板3、第二电路板5和光通信组件4进行防护。在实际应用中，壳体可以分为光学外罩和底座，光学外罩和底座的连接形成容纳腔，其中，底座可以与定子支架11一体成型，底座也可以与定子支架11分开设置，具体可根据实际需要选择设置。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种旋转式激光雷达，其特征在于，包括：

旋转底座；

测距模组，位于所述旋转底座上方，包括测距电路板、测距组件和封装壳体，所述测距组件设于所述测距电路板上，所述封装壳体固定于所述测距电路板上；

第一电路板，设于所述旋转底座下方且与所述旋转底座电连接；

光通信组件，包括发射端、接收端和导光管，所述发射端设于所述测距电路板上，所述接收端设于所述第一电路板上，所述测距电路板和所述第一电路板垂直，所述导光管两端分别与所述发射端和所述接收端正对设置。

2.如权利要求1所述的旋转式激光雷达，其特征在于，所述旋转底座包括定子支架和转子支架；

所述定子支架包括底盘、第一围壁和中空柱，所述第一围壁和所述中空柱设于所述底盘且向上延伸，所述中空柱位于所述底盘的中心且轴向贯通所述底盘，所述第一围壁位于所述中空柱的外侧；

所述转子支架包括顶盘、转轴和第二围壁，所述第二围壁和所述转轴设于所述顶盘且向下延伸，所述转轴位于所述顶盘的中心且具有轴向贯通所述顶盘的中空结构，所述第二围壁位于所述转轴的外侧；

所述转轴转动连接于所述中空柱内，所述第一围壁位于所述第二围壁的外侧，所述测距模组位于所述顶盘的上方，所述第一电路板位于所述底盘的下方。

3.如权利要求2所述的旋转式激光雷达，其特征在于，所述旋转式激光雷达还包括第二电路板、编码盘和检测元件，所述第二电路板为中空的环状结构且套设于所述第二围壁的外侧，所述检测元件设于所述第二电路板上，所述编码盘设于所述底盘且位于所述第一围壁的外侧，所述编码盘与所述检测元件相配合以检测所述转子支架的转动速度和位置；所述测距电路板与所述第二电路板电连接。

4.如权利要求3所述的旋转式激光雷达，其特征在于，所述测距电路板与所述第二电路板通过排线连接。

5.如权利要求2所述的旋转式激光雷达，其特征在于，所述测距组件包括发射芯片和采集芯片，所述封装壳体包括设于所述顶盘上的封装支架以及设于所述封装支架上的发射组件和接收组件，所述测距电路板设于所述封装支架上，所述封装支架内设有独立腔，所述发射芯片和所述采集芯片设于所述测距电路板上且位于所述独立腔内；

所述发射组件用于传输所述发射芯片发射的信号，所述接收组件用于将目标信号传输至所述采集芯片。

6.如权利要求5所述的旋转式激光雷达，其特征在于，所述转子支架与所述封装支架一体成型。

7.如权利要求5所述的旋转式激光雷达，其特征在于，所述顶盘上设有风扇结构。

8.如权利要求7所述的旋转式激光雷达，其特征在于，所述顶盘的中心开设有轴向贯通的中心通孔，所述风扇结构包括主体和沿圆周方向分布的多个扇叶，所述主体套设于所述转轴外且与所述转轴固定，各所述扇叶的一端固定于所述主体，各所述扇叶的另一端固定于所述中心通孔的孔壁。

9.如权利要求3或4所述的旋转式激光雷达，其特征在于，所述旋转底座还包括定子、转子、第一线圈和第二线圈，所述定子套设于所述中空柱的外侧，所述转子固定于所述第二围壁的内侧且套设于所述定子的外侧；

所述第一线圈固定于所述第一围壁的内侧，所述第二线圈固定于所述第二围壁的外侧，所述第一线圈和所述第二线圈在径向上相对设置，所述定子、所述第一线圈均与所述第一电路板电连接，所述第二线圈与所述第二电路板电连接。

10.如权利要求1至8中任一项所述的旋转式激光雷达，其特征在于，所述旋转式激光雷达还包括壳体，所述壳体内形成有容纳腔，所述旋转底座、所述测距模组、第一电路板、第二电路板和光通信组件均位于所述容纳腔内。