一种激光雷达装置及移动机器人的制作方法

本发明涉及激光雷达领域，尤其涉及一种激光雷达装置及移动机器人。

背景技术：

激光雷达lightdetectionandranging,简称lidar,是以激光束为信息载体，激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。向目标发射探测信号(激光束),然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较,作适当处理后,就可获得目标的有关信息,如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数,从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。激光雷达一般的包括激光发射器、激光接收器、旋转台和信息处理系统组成。近年来激光雷达在无人驾驶、移动机器人上的应用备受关注。

一般的移动机器人上搭载的是单发射器的激光雷达，通过旋转台的转动带动激光发射器360度扫描移动机器人周围的环境和障碍物，这种传统移动机器人上的激光雷达，可扫描二维空间范围内的障碍物信息。然而当移动机器人所处环境发生变化或者障碍物体型较大时，激光雷达只能扫描获取障碍物的一部分信息，这种信息不完整性对移动机器人的建图导航、行走都会产生限制，有的厂商提出多线激光雷达，也即是带有多个发射器的激光雷达，通过增加发射器的数量使得激光雷达扫描的范围增大，实现三维空间环境的扫描，然而这种方式必然会增加激光雷达的成本，并不利于批量的制造和生产。因此需要对现有的激光雷达技术进行改进。

技术实现要素：

本发明至少在一定程度上解决上述技术问题之一，本发明提供了一种激光雷达装置及移动机器人，通过调节装置使得激光雷达装置的扫描范围更加广泛，实现三维空间范围内激光扫描。

本发明提出一种激光雷达装置，包括激光雷达传感器、旋转平台、底座，所述激光雷达传感器设置于所述旋转平台上方，所述底座用于承载所述旋转平台，所述激光雷达传感器与所述旋转平台之间设置有调节装置，所述调节装置被配置为调节所述激光雷达传感器的光线射出角度，以增大激光雷达装置在非水平方向的扫描范围。

在一些实施例中，所述调节装置被配置为带动所述激光雷达传感器绕第一轴向转动，所述第一轴向平行于所述旋转平台。

在一些实施例中，所述调节装置设置于旋转平台上，所述调节装置包括齿轮组件和用于驱动所述齿轮组件转动的第一驱动电机，所述第一驱动电机包括转轴，所述第一轴向平行所述转轴。

在一些实施例中，所述激光雷达装置包括安装架，所述激光雷达传感器设置于所述安装架上，所述安装架设置有与所述齿轮组件啮合的齿轮配合部。

在一些实施例中，所述旋转平台至少设置有两个相对立的支撑架，所述安装架设置于所述支撑架上。

在一些实施例中，所述旋转平台被设置为带动所述激光雷达传感器绕第二轴向旋转，所述第二轴向垂直于所述旋转平台。

在一些实施例中，所述激光雷达传感器包括发射器、接收器、电路板以及固定支架，所述发射器、接收器和电路板均设置于固定支架。

在一些实施例中，所述接收器包括光学镜头，所述电路板上与所述光学镜头相对的位置处设置有光电探测器。

在一些实施例中，所述激光雷达传感器的发射器绕所述第一轴向上下转动形成第一视场，所述第一视场的角度范围为0至60度。

在一些实施例中，所述第一视场的角度为30度。

本发明第二方面还提出一种移动机器人，包括机器人主体、激光雷达装置、驱动装置以及处理器，所述激光雷达装置、驱动装置以及处理器设置于所述主体上，所述激光雷达装置为上述实施例中任意一项所述的激光雷达装置。

本发明与现有技术相比至少具有以下有益效果：本发明提出一种激光雷达装置，包括激光雷达传感器、旋转平台、底座，所述激光雷达传感器设置于所述旋转平台上方，所述底座用于承载所述旋转平台，其中，所述激光雷达传感器与所述旋转平台之间设置有调节装置，所述调节装置被配置为调节所述激光雷达传感器的光线射出角度，以增大激光雷达装置在非水平方向的扫描范围，所述调节装置带动所述激光雷达传感器绕第一轴向转动，所述第一轴向平行于所述旋转平台。通过在激光雷达传感器与所述旋转平台之间设置调节装置，使得激光雷达传感器能够在竖直方向进行调节，实现三维空间内的动态扫描，从而使得激光雷达装置的扫描范围更加广阔，无需增加其他的激光雷达装置，相对于多线激光雷达装置，明显降低了制造成本，克服了现有技术中单线激光雷达装置扫描范围较小、多线激光雷达装置制造成本高的技术问题。

附图说明

图1为本发明实施例提供的激光雷达装置的分解示意图。

图2为本发明实施例提供的激光雷达传感器的示意图。

图3为本发明实施例调节装置的示意图。

图4为图3中a部分的局部放大图。

图5为本发明实施例提供的激光雷达装置的示意图。

图6为本发明实施例提供的激光雷达装置的第一状态示意图。

图7为本发明实施例提供的激光雷达装置的第二状态示意图。

图8为本发明实施例提供的激光雷达装置的第三状态示意图。

图9为本发明实施例提供的移动机器人的示意图。

图10为本发明实施例提供的移动机器人工作状态示意图。

附图标记说明：移动机器人10；机器人主体110；激光雷达装置20；顶盖100；激光雷达传感器200；发射器201；接收器202；固定支架203；电路板204；安装架300；齿轮配合部300a；调节装置400；第一驱动电机410；齿轮组件420；旋转平台500；支撑架501；传动轮502；传送带503；轴承600；底座700；第二驱动电机701。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、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，对本发明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发明，并不用于限定本发明。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“横向”、“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“顺时针”、“逆时针”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发明和简化描述，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发明的限制。

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。在本发明的描述中，“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。

在本发明中，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发明中的具体含义。

在本发明中，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。

下面结合附图及实施例对本发明做进一步描述。

请参考图1，图1为本发明实施例提供的激光雷达装置20的分解示意图，本发明提供了一种激光雷达装置20，所述激光雷达装置20包括：顶盖100、激光雷达传感器200、旋转平台500、底座700，所述顶盖100设置于所述激光雷达传感器200上方，所述顶盖100用于对所述激光雷达传感进行保护，使得所述激光雷达传感器200免于受到外界的冲击，所述顶盖100的上部为非完整的圆形，所述顶盖100的侧边缘设置有斜面，所述斜面设有光线射出孔和光线接收孔，所述光线射出孔和光线接收孔与所述激光雷达传感器200大致在同一高度处。

所述激光雷达传感器200设置于所述旋转平台500上方，所述底座700用于承载所述旋转平台500，所述激光雷达传感器200与所述旋转平台500之间设置有调节装置400，所述调节装置400被配置为带动所述激光雷达传感器200绕第一轴向转动，所述第一轴向平行于所述旋转平台500。所述第一轴向(图中未示出)为参考方向，激光雷达传感器200围绕所述第一轴向转动。

本发明通过在激光雷达传感器200与所述旋转平台500之间设置调节装置400，使得激光雷达传感器200能够在竖直方向进行调节，实现三维空间内的动态扫描，从而使得激光雷达装置20的扫描范围更加广阔，无需增加其他的激光雷达装置20，相对于多线激光雷达装置20，明显降低了制造成本，克服了现有技术中单线激光雷达装置20扫描范围较小、多线激光雷达装置20制造成本高的技术问题。

请参考图2，图2为本发明实施例提供的激光雷达传感器200的示意图，所述激光雷达传感器200包括发射器201、接收器202、电路板204以及固定支架203，所述发射器201、接收器202和电路板204均设置于固定支架203。进一步的，所述接收器202包括光学镜头，所述电路板204上与所述光学镜头相对的位置处设置有光电探测器。所述发射器201射出光线后，射出光线经过障碍物的反射被所述接收器202接收，具体而言反射光线经过光学镜头后，光斑落在所述电路板204上的光电探测器，被所述光电探测器感知后引起电信号变化，电路板204上的处理器记录该光斑对应的障碍物位置信息。

请参考图3和图1，图3为本发明实施例调节装置400的示意图，优选的，所述调节装置400设置于旋转平台500上，所述调节装置400包括齿轮组件420和用于驱动所述齿轮组件420转动的第一驱动电机410，所述第一驱动电机410包括转轴，所述第一轴向平行所述转轴。

更进一步的，请参考图4，图4为图3中a部分的局部放大图，所述激光雷达装置20包括安装架300，所述激光雷达传感器200设置于所述安装架300上，所述安装架300设置有与所述齿轮组件420啮合的齿轮配合部300a，作为一种优选，所述齿轮配合部300a设置于所述安装架300的底部。所述配件齿轮与所述安装架300一体成型，或焊接与安装架300的底部，当所述第一驱动电机410带动所述齿轮组件420转动时，由于所述齿轮组件420与所述齿轮配合部300a啮合，齿轮组件420将转动的力矩传递至所述齿轮配合部300a，使得安装架300以及安装架300上的激光雷达传感器200向上转动或向下转动，所述激光雷达装置20还包括控制器，所述控制器与所述第一驱动电机410电连接，所述控制器被配置为通过控制所述第一驱动电机410的转动方向和转动时间，从而控制所述齿轮组件420的旋转角度，具体而言，控制器可控制所述齿轮组件420沿顺时针方向旋转或逆时针方向特定的时间，使得激光雷达传感器200向上或者向下转动预设的角度值，实现激光雷达装置20在空间范围内的3d扫描，扩大了扫描范围，相对于多线激光雷达装置20，明显降低了制造成本，克服了现有技术中单线激光雷达装置20扫描范围较小、多线激光雷达装置20制造成本高的技术问题，所述方案使得激光雷达装置20在市场更具有技术优势和价格优势，在市场具有更强的竞争力。

请参考图1和图5，图5为本发明实施例提供的激光雷达装置20的示意图，可选的，所述旋转平台500至少设置有两个相对立的支撑架501，所述安装架300设置于所述支撑架501上。所述两个支撑架501设置有凹口，安装件两端通过设置螺钉，将所述螺钉穿插过所述凹口，然后与所述安装架300连接，实现安装架300在支撑架501上的设置，由于设置有凹口，所述安装架300可与支撑架501活动连接，即安装架300以及激光雷达传感器200可在支撑架501上摆动，所述活动连接有利于减小安装架300与支撑架501之间的摩擦力、有利于激光雷达传感器200在支撑架501上的转动，使得激光雷达装置20能够动态调节扫描范围。

在一些实施例中，所述旋转平台500被设置为带动所述激光雷达传感器200绕第二轴向旋转，所述第二轴向垂直于所述旋转平台500，以使得激光雷达传感器200能够通过在平面内的旋转获取周围360度范围内的环境障碍物位置信息。

再次参考图1，所述底座700设置有第二驱动电机701，所述第二驱动电机701上方设置有传动轮502，所述第二驱动电机701与所述传动轮502互相连接，所述激光雷达装置20还包括传送带503，所述旋转平台500与所述传动轮502通过所述传送带503连接。所述旋转平台500与底座700之间设置有轴承600，当底部的第二驱动电机701工作时，第二驱动电机701通过传动带带动旋转平台500做360°旋转运动。激光雷达传感器200进行扫描，同时激光雷达传感器200的芯片可记录下水平方向的点阵数据。当第二驱动电机701带动激光雷达传感器200在垂直平面做旋转运动时，激光雷达传感器200的芯片进行扫描可记录下垂直方向的点阵数据。通过水平方向和垂直方向的点阵数据拟合则可得到2.5d的立体点云数据，从而可测得激光雷达装置20与周围物体的距离及周围物体的大小及形态。本发明的方案通过激光雷达装置20获取水平方向和垂直方向的点阵数据，获得周围物体的大小和形态信息，数据信息更加精准和精确，提高了激光雷达装置20的性能。

下面介绍本激光雷达装置20的三种工作状态，

请参考图6，图6为本发明实施例提供的激光雷达装置20的第一状态示意图，激光雷达传感器200的发射器201射出方向基本与水平方向平行，若当前激光雷达装置20的扫描角度获得数据无法满足要求，则激光雷达装置20的控制器发出控制指令，使得第一驱动电机410通过所述齿轮组件420带动所述激光雷达传感器200向上转动或向下转动，本发明的所述方案通过软件自动检测，实现自动调节激光雷达传感器200的光线射出角度，更加智能化。

图7为本发明实施例提供的激光雷达装置20的第二状态示意图，当激光雷达装置20的控制器发出控制指令，如图7所示，激光雷达传感器200在齿轮组件420的作用下向上扬起，使得第一驱动电机410通过所述齿轮组件420带动所述激光雷达传感器200向上转动预设角度。

又如图8所示，图8为本发明实施例提供的激光雷达装置20的第三状态示意图，激光雷达传感器200在齿轮组件420的传动作用下，向下转动预设角度。所述激光雷达传感器200的发射器201绕所述第一轴向上下转动形成第一视场，所述第一视场的角度范围为0至60度，作为一种优选，所述第一视场的角度为30度。所述激光雷达向上转动和向下转动的角度相等。

本发明第二方面还提出一种移动机器人10，请参考图9，所述移动机器人10包括机器人主体110、激光雷达装置20、驱动装置以及处理器，所述激光雷达装置20、驱动装置以及处理器设置于所述主体上，所述激光雷达装置20为上述实施例中任意一项所述的激光雷达装置20。请参考图10，所述激光雷达装置20的发射器201上下转动，使得激光雷达装置20相对于墙体形成角度为β的视场范围，使得移动机器人10的扫描范围更加广泛。本发明的方案通过激光雷达装置20获取水平方向和垂直方向的点阵数据，获得周围物体的大小和形态信息，数据信息更加精准和精确，提高了激光雷达装置20的性能，使得移动机器人10建立的环境地图更加准确，本发明的移动机器人10采用单线的激光雷达装置20，通过在激光雷达装置20加入调节装置400使得激光雷达装置20的扫描范围更加广泛，相对于多线激光雷达装置20，明显降低了制造成本，克服了现有技术中单线激光雷达装置20扫描范围较小、多线激光雷达装置20制造成本高的技术问题，所述方案使得移动机器人10在市场更具有技术优势和价格优势，在市场具有更强的竞争力。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

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