一种激光扫描测距装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种激光扫描测距装置，包括可转动的旋转结构以及不可转动的固定结构，旋转结构包括接收板、激光发射器、骨架、外转子、激光接收器和背板，固定结构包括定子线圈、发射板和发射固定平台。接收板、激光发射器、外转子、激光接收器和背板安装于骨架，定子线圈和发射板安装于发射固定平台，激光发射器发射的激光与激光接收器接收的激光组成的平面与安装平面彼此平行。相比于现有技术，本发明的激光扫描测距装置采用无线供电和全双工数据传输方式，避免了诸如滑环供电和通讯所产生的使用寿命较短的缺陷。再者，本发明通过电磁感应的磁介质传动，相比现有的皮带传动或齿轮传动减少了体积和噪声。
【专利说明】
一种激光扫描测距装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种机器人设计技术和激光扫描技术，尤其涉及一种激光扫描测距装置。
【背景技术】
[0002]机器人(Robot)是自动执行工作的机器装置，它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，还可基于人工智能技术制定的原则纲领行动。一般来说，机器人的任务是协助或取代人类的工作，例如生产业、建筑业或者危险行业的工作。移动机器人是集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统，可代替人到危险、恶劣或极端环境中执行任务，完成侦察、巡逻、警戒、反恐、排爆、科学考察及采样等，从而在诸如求援、科考、军事等领域具有巨大的应用价值。
[0003]在现有的移动机器人应用中，出于行走安全方面的考虑，往往需要检测移动机器人在行进路线前方的障碍物位置，提前预判并控制机器人采取必要的避让或绕行措施，例如，在机器人本体上方安装对应的激光扫描测距装置。然而，现有的激光扫描测距装置在传送信号和电能时多半采用滑环，通过皮带或齿轮啮合的方式实现传动，存在诸如设备体积大、寿命短、噪音大的缺点。此外，现有的激光扫描测距装置中的无线供电线圈往往占用的体积较大，进而使得整体装置的体积较大，对机器人的设计和安装要求较为严苛。
[0004]有鉴于此，如何设计一种结构新颖的激光扫描测距装置，或对现有的激光扫描测距装置进行有效改进，以解决现有技术中的上述缺陷和不足，是业内相关技术人员亟待解决的一项课题。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中的激光扫描测距装置所存在的上述缺陷，本发明提供一种高度集成一体化、结构小巧的激光扫描测距装置。
[0006]依据本发明的一个方面，提供一种激光扫描测距装置，包括可转动的旋转结构以及不可转动的固定结构，所述旋转结构包括接收板、激光发射器、骨架、外转子、激光接收器和背板，所述固定结构包括定子线圈、发射板和发射固定平台，所述旋转结构与所述固定结构通过轴承彼此连接，
[0007]其中，接收板、激光发射器、外转子、激光接收器和背板均安装于骨架，定子线圈和发射板均安装于发射固定平台，激光发射器发射的激光与激光接收器接收的激光组成的平面与所述激光扫描测距装置的安装平面彼此平行。
[0008]在其中的一实施例，激光扫描测距装置还包括无线供电线圈，设置于激光发射器与激光接收器之间的空间区域。
[0009]在其中的一实施例，无线供电线圈的发射部分安装于发射固定平台且连接至发射板，无线供电线圈的接收部分安装于骨架且连接至接收板。
[0010]在其中的一实施例，旋转结构还包括编码器，固定结构还包括编码齿，其中，编码器安装在接收板上，编码齿安装于无线供电线圈的发射部分，用于记录所述旋转结构的转动位置和圈数。
[0011 ]在其中的一实施例，激光发射器和激光接收器电耦接至背板。
[0012]在其中的一实施例，旋转结构的转速取决于外部输入的PffM信号的占空比数值。
[0013]在其中的一实施例，定子线圈设置于外转子的内侧，磁极设置于外转子上，发射板向定子线圈上施加规律变化的交流电压以产生磁场，定子线圈与外转子親合形成推力或吸力使得所述旋转结构发生旋转。
[0014]在其中的一实施例，发射板包括第一发光二极管和第一感应二极管，接收板包括第二发光二极管和第二感应二极管，其中，所述第一发光二极管和所述第二感应二极管形成第一无线传输路径，以及所述第一感应二极管和所述第二发光二极管形成第二无线传输路径，且所述第一无线传输路径和所述第二无线传输路径以同步方式实现全双工数据传输。
[0015]在其中的一实施例，所述第一发光二极管具有一第一波长光谱，所述第二发光二极管具有一第二波长光谱，所述第一感应二极管感应所述第二波长光谱的光，所述第二感应二极管感应所述第一波长光谱的光，其中，所述第一波长光谱不同于所述第二波长光谱。
[0016]在其中的一实施例，所述激光扫描测距装置的安装平面与水平面的夹角介于O?180度之间。
[0017]在其中的一实施例，所述激光扫描测距装置为圆台状的立体结构。
[0018]在其中的一实施例，激光发射器和激光接收器均设置在所述立体结构的侧表面上。
[0019]采用本发明的激光扫描测距装置，其包括可转动的旋转结构以及不可转动的固定结构，旋转结构包括接收板、激光发射器、骨架、外转子、激光接收器和背板，固定结构包括定子线圈、发射板和发射固定平台，旋转结构与固定结构通过轴承彼此连接。接收板、激光发射器、外转子、激光接收器和背板安装于骨架，定子线圈和发射板安装于发射固定平台，激光发射器发射的激光与激光接收器接收的激光组成的平面与激光扫描测距装置的安装平面彼此平行。相比于现有技术，本发明的激光扫描测距装置采用无线供电和全双工数据传输方式，避免了诸如滑环供电和通讯所产生的使用寿命较短的缺陷。再者，本发明通过电磁感应的磁介质传动，相比现有的皮带传动或齿轮传动减少了体积和噪声。此外，本发明将无线供电线圈的发射部分和接收部分设置在激光发射器与激光接收器之间的空间区域，充分利用空余的空间，形成高度集成一体化结构，不仅使整体结构更加紧凑，而且还可进一步减小装置的体积。
【附图说明】
[0020]读者在参照附图阅读了本发明的【具体实施方式】以后，将会更清楚地了解本发明的各个方面。其中，
[0021 ]图1示出依据本发明一实施方式的激光扫描测距装置的结构示意图；
[0022]图2示出在图1的激光扫描测距装置中，利用激光发射器和激光接收器进行物体测距的示意图；以及
[0023]图3A至图3C分别示出采用全双工方式、半双工方式和单工方式进行数据传输的原理示意图。
【具体实施方式】
[0024]为了使本申请所揭示的技术内容更加详尽与完备，可参照附图以及本发明的下述各种具体实施例，附图中相同的标记代表相同或相似的组件。然而，本领域的普通技术人员应当理解，下文中所提供的实施例并非用来限制本发明所涵盖的范围。此外，附图仅仅用于示意性地加以说明，并未依照其原尺寸进行绘制。
[0025]下面参照附图，对本发明各个方面的【具体实施方式】作进一步的详细描述。
[0026]图1示出依据本发明一实施方式的激光扫描测距装置的结构示意图。图2示出在图1的激光扫描测距装置中，利用激光发射器和激光接收器进行物体测距的示意图。
[0027]参照图1，在该实施方式中，本发明的激光扫描测距装置包括可转动的旋转结构以及不可转动的固定结构。具体而言，旋转结构包括接收板1、激光发射器2、骨架3、外转子4、激光接收器9和背板10。固定结构包括定子线圈5、发射板6和发射固定平台7。旋转结构与固定结构通过轴承8彼此连接。
[0028]其中，骨架3可由塑料材质制成。接收板1、激光发射器2、外转子4、激光接收器9和背板10均安装于骨架3。激光发射器2和激光接收器9电性耦接至背板10。当骨架3旋转时，激光发射器2和激光接收器9与骨架3—起旋转从而实现360度的旋转测距。定子线圈5和发射板6均安装于发射固定平台7。定子线圈5设置于外转子4的内侧，磁极设置于外转子4上，发射板6向定子线圈5上施加规律变化的交流电压以产生磁场，定子线圈5与外转子4親合形成推力或吸力使得旋转结构发生旋转。
[0029]如图2所示，该激光扫描测距装置为圆台状的立体结构，包括外壳14和围绕外壳14的侧表面。激光发射器2和激光接收器9均设置在立体结构的侧表面上。激光发射器2发射的激光与激光接收器9接收的激光组成的平面与激光扫描测距装置的安装平面彼此平行。详细地，从激光发射器2射出的激光到达被测物体之后，在被测物体的表面发生反射，反射之后的光线被激光接收器9所接收。射向被测物体的光线与从被测物体表面反射回来的光线构成一个平面，该平面与装置整体安装时所在的平面平行。例如，当装置的安装平面为水平面时，则激光发射器2发射的光线及激光接收器9接收的光线均沿着水平方向行进。又如，当装置的安装平面为垂直面时，则激光发射器2发射的光线及激光接收器9接收的光线均沿着竖直方向行进。换言之，激光扫描测距装置的安装平面与水平面的夹角介于O?180度之间，既可以是O度，也可以是90度，还可以是水平或垂直之外的其它角度。
[0030]需要指出的是，上述激光扫描测距装置还包括无线供电线圈11，利用无线供电线圈来实现旋转结构与固定结构之间的无线供电。为了使整体结构更加紧凑，充分合理地利用空余空间以形成高度集成一体化结构，进一步减小激光扫描测距装置的体积，无线供电线圈的发射部分和接收部分较佳地可设置于激光发射器2与激光接收器9之间的空间区域。此外，无线供电线圈11的发射部分安装于发射固定平台7且连接至发射板6，无线供电线圈11的接收部分安装于骨架3且连接至接收板I。
[0031]在一具体实施例，旋转结构还包括编码器12，固定结构还包括编码齿13。其中，编码器12安装在接收板I上，编码齿13安装于无线供电线圈11的发射部分，用于记录旋转结构的转动位置和圈数。其工作原理大致可表述为:编码器12可为开口且截面为凹槽形的元器件，编码器12有红外线从一端射出打到另一端。编码齿13和编码器12相对运动时，由于编码齿13是不透红外光的材料，当编码齿13进入编码器12的凹槽部位时，就会挡住红外线进入编码器12的接收端。如此一来，有红外线进入接收端以及红外线被挡住进入接收端的切换就记录了经过编码齿13的个数。如果设置一个特殊的编码齿作为旋转时的起始端，编码器12检测到这个特殊编码齿经过的时候，记录旋转结构旋转了一周(S卩，360度)。由于弧度和时间间隔都已记录，从而可计算出旋转速度。此外，旋转结构的转速取决于外部输入PWM信号的占空比数值。
[0032]图3A至图3C分别示出采用全双工方式、半双工方式和单工方式进行数据传输的原理示意图。
[0033]如我们所熟知的，数据传输大致包括全双工方式、半双工方式和单工方式。以数据传输双方A、B为例，其中，全双工方式是指，在A对B发射数据的同时，可由B对A同步发射数据并且被A成功接收(如图3A所示)。半双工则是A对B发射数据的时候，B只能接收数据而且不能发射数据(如图3B所示)。全双工传输比半双工快，因为不用等待。单工方式则是由A向B单方发送数据，或者由B向A单方发送数据(如图3C所示)。
[0034]在一具体实施例，本发明采用全双工方式进行无线数据传输。如图3A，发射板6包括第一发光二极管301和第一感应二极管303，接收板I包括第二发光二极管401和第二感应二极管403。其中，第一发光二极管301和第二感应二极管403形成第一无线传输路径，第一感应二极管303和第二发光二极管401形成第二无线传输路径，且第一无线传输路径和第二无线传输路径以同步方式实现全双工数据传输。第一发光二极管301和第二发光二极管401具有不同的光谱。例如，第一发光二极管301具有一第一波长光谱，第二发光二极管401具有一第二波长光谱，第一感应二极管303感应第二波长光谱的光，第二感应二极管403感应第一波长光谱的光，其中第一波长光谱不同于第二波长光谱从而实现无线全双工数据传输。
[0035]采用本发明的激光扫描测距装置，其包括可转动的旋转结构以及不可转动的固定结构，旋转结构包括接收板、激光发射器、骨架、外转子、激光接收器和背板，固定结构包括定子线圈、发射板和发射固定平台，旋转结构与固定结构通过轴承彼此连接。接收板、激光发射器、外转子、激光接收器和背板安装于骨架，定子线圈和发射板安装于发射固定平台，激光发射器发射的激光与激光接收器接收的激光组成的平面与激光扫描测距装置的安装平面彼此平行。相比于现有技术，本发明的激光扫描测距装置采用无线供电和全双工数据传输方式，避免了诸如滑环供电和通讯所产生的使用寿命较短的缺陷。再者，本发明通过电磁感应的磁介质传动，相比现有的皮带传动或齿轮传动减少了体积和噪声。此外，本发明将无线供电线圈的发射部分和接收部分设置在激光发射器与激光接收器之间的空间区域，充分利用空余的空间，形成高度集成一体化结构，不仅使整体结构更加紧凑，而且还可进一步减小装置的体积。
[0036]上文中，参照附图描述了本发明的【具体实施方式】。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的【具体实施方式】作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。
【主权项】
1.一种激光扫描测距装置，其特征在于，所述激光扫描测距装置包括可转动的旋转结构以及不可转动的固定结构，所述旋转结构包括接收板(1)、激光发射器(2)、骨架(3)、外转子(4)、激光接收器(9)和背板(10)，所述固定结构包括定子线圈(5)、发射板(6)和发射固定平台(7)，所述旋转结构与所述固定结构通过轴承(8)彼此连接， 其中，所述接收板(I)、激光发射器(2)、外转子(4)、激光接收器(9)和背板(10)均安装于骨架(3)，所述定子线圈(5)和发射板(6)均安装于发射固定平台(7)，激光发射器(2)发射的激光与激光接收器(9)接收的激光组成的平面与所述激光扫描测距装置的安装平面彼此平行。2.根据权利要求1所述的激光扫描测距装置，其特征在于，所述激光扫描测距装置还包括无线供电线圈(11)，设置于激光发射器(2)与激光接收器(9)之间的空间区域。3.根据权利要求2所述的激光扫描测距装置，其特征在于，所述无线供电线圈(11)的发射部分安装于发射固定平台(7)且连接至发射板(6)，所述无线供电线圈(11)的接收部分安装于骨架(3)且连接至接收板(I)。4.根据权利要求3所述的激光扫描测距装置，其特征在于，所述旋转结构还包括编码器(12)，所述固定结构还包括编码齿(13)，其中，编码器(12)安装在接收板(I)上，编码齿(13)安装于无线供电线圈(11)的发射部分，用于记录所述旋转结构的转动位置和圈数。5.根据权利要求1所述的激光扫描测距装置，其特征在于，激光发射器(2)和激光接收器(9)电性耦接至背板(10)。6.根据权利要求1所述的激光扫描测距装置，其特征在于，所述旋转结构的转速取决于外部输入的PWM信号的占空比数值。7.根据权利要求1所述的激光扫描测距装置，其特征在于，定子线圈(5)设置于外转子(4)的内侧，磁极设置于外转子(4)上，发射板(6)向定子线圈(5)上施加规律变化的交流电压以产生磁场，定子线圈(5)与外转子(4)耦合形成推力或吸力使得所述旋转结构发生旋转。8.根据权利要求1所述的激光扫描测距装置，其特征在于，发射板(6)包括第一发光二极管和第一感应二极管，接收板(I)包括第二发光二极管和第二感应二极管， 其中，所述第一发光二极管和所述第二感应二极管形成第一无线传输路径，以及所述第一感应二极管和所述第二发光二极管形成第二无线传输路径，且所述第一无线传输路径和所述第二无线传输路径以同步方式实现全双工数据传输。9.根据权利要求8所述的激光扫描测距装置，其特征在于，所述第一发光二极管具有一第一波长光谱，所述第二发光二极管具有一第二波长光谱，所述第一感应二极管感应所述第二波长光谱的光，所述第二感应二极管感应所述第一波长光谱的光，其中，所述第一波长光谱不同于所述第二波长光谱。10.根据权利要求1所述的激光扫描测距装置，其特征在于，所述激光扫描测距装置的安装平面与水平面的夹角介于O?180度之间。11.根据权利要求1所述的激光扫描测距装置，其特征在于，所述激光扫描测距装置为圆台状的立体结构。12.根据权利要求11所述的激光扫描测距装置，其特征在于，激光发射器(2)和激光接收器(9)均设置在所述立体结构的侧表面上。
【文档编号】G01S17/08GK105866785SQ201610290083
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月4日
【发明人】徐磁, 汪迎春, 刘义春, 陈士凯, 李宇翔, 林凌, 黄珏珅
【申请人】上海思岚科技有限公司