结构光装置的制作方法

本发明涉及摄像技术领域，尤其涉及结构光装置。

背景技术：

随着科技的进步，结构光装置在日常应用中越来越普及。结构光装置采集的结构光数据通过slam(simultaneouslocalizationandmapping，即同步定位与建图)技术，能够构建出地图，但是构建完成的地图中可能会存在很多的干扰点，使得地图中的目标物和实际场景中的目标物存在较大的差异，增加了对地图中的目标物的识别难度，即导致地图中的目标物无法和实际场景一样易于识别。

目前的结构光装置不能准确对其探测区域内的目标物进行语义识别。

技术实现要素：

本发明提供一种结构光装置，结构光传感器的视场角位于视觉传感器的视场角内，可更为准确的确定结构光传感器探测区域内目标物的语义信息。

第一方面，本发明提供了一种结构光装置，包括：结构光单元以及摄像单元；

所述结构光单元包括结构光传感器、设置有第一容纳空间的第一支架以及和所述第一支架连接的第一印制电路板，所述结构光传感器设置于所述第一支架上，所述摄像单元位于所述第一容纳空间内；

所述第一支架包括第一装置安装件，所述第一装置安装件和可移动设备连接；

所述摄像单元包括视觉传感器以及和所述视觉传感器连接的第二印制电路板；

所述结构光传感器的视场角位于所述视觉传感器的视场角内。

可选地，还包括：回充单元；

所述回充单元包括回充信号接收器、第二支架以及第三印制电路板；

所述第二支架设置有容纳槽，所述容纳槽底部槽面设有信号接收孔；

所述回充信号接收器位于所述容纳槽内，通过所述信号接收孔接收回充信号，所述信号接收孔位于所述第一容纳空间内；

所述第三印制电路板和所述第二支架连接，所述回充信号接收器连接在所述第三印制电路板靠近所述信号接收孔的表面。

可选地，所述第一支架包括结构光支架和支架主体，所述结构光支架和所述支架主体连接，所述支架主体和所述第二支架连接；

所述结构光支架设置有第二容纳空间，所述结构光传感器设置于所述第二容纳空间内。

可选地，所述支架主体设置有第一连接件；

所述结构光支架上设置有安装垫片，紧固件穿过所述安装垫片连接在所述第一连接件上。

可选地，所述支架主体和/或所述第二支架设置有第二连接件，所述第二连接件侧面设置有定位件，所述第一印制电路板和所述第二连接件连接，所述第一印制电路板位于所述结构光传感器后方。

可选地，所述支架主体表面设有凸起；

所述结构光支架和/或所述第二支架对应所述凸起设有容纳孔；

所述凸起位于所述容纳孔内。

可选地，所述摄像单元还包括套设在所述视觉传感器上的保护件、套设在所述保护件上的安装板、设置在所述安装板靠近所述视觉传感器的表面上的第三连接件，所述第三连接件分别和所述第二印制电路板以及所述第二支架连接。

可选地，所述第二支架包括第二装置安装件，所述第二装置安装件和所述可移动设备连接。

可选地，所述结构光传感器包括结构光发射器以及结构光接收器；

所述结构光接收器通过数据传输线和所述第一印制电路板连接；

所述结构光发射器靠近所述第一印制电路板的表面设有第一接线端子。

可选地，所述视觉传感器和所述第二印制电路板之间设置有传感器底座。

所述第二印制电路板背离所述视觉传感器的表面设置有第二接线端子。

本发明提供了一种结构光装置，包括：结构光单元以及摄像单元，结构光单元包括结构光传感器、设置有第一容纳空间的第一支架以及和第一支架连接的第一印制电路板，摄像单元包括第二印制电路板以及设置在第二印制电路板上的视觉传感器，结构光传感器设置在第一支架上，从而更好对结构光传感器进行固定，确保结构光传感器的位置精度，降低对结构光坐标系进行标定的误差；第一支架包括第一装置安装件，第一装置安装件可将结构光装置安装到可移动设备上；摄像单元位于第一容纳空间内，从而便于调节视觉传感器和结构光传感器的相对位置关系，确保结构光传感器的视场角位于视觉传感器的视场角内，以使视觉传感器采集结构光传感器的视场角内的环境图像，对环境图像进行识别，从而了解结构光传感器的视场角内的物体的语义信息。综上，本发明提供的结构光装置可更为准确的确定结构光传感器探测区域内目标物的语义信息。

上述的非惯用的优选方式所具有的进一步效果将在下文中结合具体实施方式加以说明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有的技术方案，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发明中记载的一些实施例，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为本发明实施例提供的结构光装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的结构光装置的爆炸图；

图3为本发明实施例提供的回充单元和摄像单元的侧视图；

图4为本发明实施例提供的回充单元和摄像单元的组装图；

图5为本发明实施例提供的回充单元、支架本体及第一印制电路板的组装图；

图6为本发明实施例提供的支架本体和结构光支架的组装图；

图7为本发明实施例提供的结构光发射器的结构示意图；

附图标记说明：

1-结构光装置；2-结构光单元；2a-第一容纳空间；21-结构光传感器；211-结构光发射器；211a-第一接线端子；212-结构光接收器；212a-数据传输线；22-第一支架；221-结构光支架；221a-第二容纳空间；221b-安装垫片；222-支架主体；222a-第一连接件；222b-凸起；222c-第一装置安装件；23-第一印制电路板；3-摄像单元；31-视觉传感器；32-传感器底座；33-第二印制电路板；34-第二接线端子；35-保护件；36-安装板；37-第三连接件；37a-电路板连接件；37b-支架连接件；4-回充单元；41-回充信号接收器；42-第二支架；42a-容纳槽；42b-信号接收孔；42c-第二装置安装件；43-第三印制电路板；5-第二连接件；5a-定位件；6-容纳孔。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例及相应的附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1及图2，本发明实施例提供了一结构光装置1，包括：结构光单元2以及摄像单元3；

所述结构光单元2包括结构光传感器21、设置有第一容纳空间2a的第一支架22以及和所述第一支架22连接的第一印制电路板23，所述结构光传感器21设置于所述第一支架22上，所述摄像单元3位于所述第一容纳空间2a内；

所述第一支架22包括第一装置安装件222c，所述第一装置安装件222c和可移动设备连接；

所述摄像单元3包括视觉传感器31以及和所述视觉传感器31连接的第二印制电路板33；

所述结构光传感器21的视场角位于所述视觉传感器31的视场角内。

本发明提供的结构光装置1包括结构光单元2以及摄像单元3，结构光单元2包括结构光传感器21、设置有第一容纳空间2a的第一支架22以及和第一支架22连接的第一印制电路板23，摄像单元3包括第二印制电路板33以及设置在第二印制电路板33上的视觉传感器31，结构光传感器21设置在第一支架22上，从而更好对结构光传感器21进行固定，确保结构光传感器21的位置精度，降低对结构光坐标系进行标定的误差；第一支架22包括第一装置安装件222c，第一装置安装件222c可将结构光装置1安装到可移动设备上；摄像单元3位于第一容纳空间2a内，从而便于调节视觉传感器31和结构光传感器21的相对位置关系，确保结构光传感器21的视场角位于视觉传感器的视场角内，以使视觉传感器31采集结构光传感器21的视场角内的环境图像，对环境图像进行识别，从而了解结构光传感器21的视场角内的物体的语义信息。

具体地，可移动设备具体指的能够移动的智能设备，优选地，可移动设备为扫地机器人。可选地，机器人通过紧固件和第一装置安装件222c连接，从而将结构光装置1固定在机器人上，其中，紧固件可以是螺钉或螺栓，在一些可行的实现方式中，可移动设备上设置有柱体，柱体设置有容纳紧固件柄部的安装孔，第一装置安装件222c设置有定位槽，定位槽底部槽面上设置有安装孔，定位槽套设在可移动设备上的柱体上，紧固件穿过第一装置安装件222c上的安装孔固定在柱体上的安装孔内，从而将结构光装置1固定在可移动设备上。显然，第一装置安装件222c的结构应当基于可移动设备的结构进行设计。第一装置安装件222c通常对称的设置在第一支架22的两侧，使得结构光装置1能够稳定的固定在可移动设备上，确保其在可移动设备移动过程中的稳定性。

具体地，第一容纳空间2a可以由通孔形成，换言之，第一支架22中间开设有容纳摄像单元3的通孔，也可以由凹槽形成，此处不做具体限制，具体需要结合实际需求进行设计。

具体地，视觉传感器31指的是利用光学元件和成像装置获取外部环境图像信息的仪器，可选地，视觉传感器31包括rgb相机。其中，rgb相机可以是单目相机或鱼眼相机，此处不做限定，任何现有技术中的rgb相机皆可。

本发明实施中的结构光传感器21指的是任何能够实现投射结构光线并可采集投射的结构光线的仪器。可选地，所述结构光传感器21包括结构光发射器211以及结构光接收器212。

具体地，结构光发射器211用于向外投射结构光线，结构光接收器212用于采集被摄目标反射的结构光发射器211投射的结构光线。可选地，结构光发射器211包括光线式结构光发射器或光面式结构光发射器，结构光接收器212包括单目红外线摄像头或双目红外线摄像头，具体可以结合实际需求确定结构光发射器211和结构光接收器212的类型。

需要说明的是，结构光传感器21的数量可以是一个，也可以是两个，也可以是三个，具体需要结合实际场景确定，优选两个，此处不做具体限定。为了确保结构光坐标系和视觉坐标系在标定过程中的准确性，当结构光单元2包括一个结构光传感器21时，结构光传感器21对应的结构光的坐标系和视觉传感器31对应的坐标系相互平行或重合；当结构光单元2包括两个或两个以上的结构光传感器21时，两个或两个以上结构光传感器21对应的等效的结构光的坐标系和视觉传感器31对应的坐标系相互平行或重合。

为了进一步确保视觉坐标系和图像坐标系在标定时的准确性，减少因标定造成的误差精度，结构光传感器21和视觉传感器31的相对位置应当合理。具体可以通过如下三种实现方式设计结构光传感器21和视觉传感器31的相对位置：

实现方式1：视觉传感器31位于结构光传感器21中的结构光发射器211与结构光接收器212的中间。

实现方式2：结构光发射器211设置于视觉传感器31的上方，结构光接收器212设置于视觉传感器31的下方。

实现方式3：结构光发射器211设置于视觉传感器31的右侧，结构光接收器212设置于视觉传感器31的左侧。

具体地，视觉传感器31的左侧或右侧可以理解为笛卡尔坐标系的横轴方向，视觉传感器31的上方或下方可以理解为笛卡尔坐标系的竖轴方向，其中，笛卡尔坐标系的横轴方向可以理解为结构光装置1的移动方向。需要说明的是，当有多个结构光发射器211时，可以认为多个结构光发射器211的等效结构光发射器或中心位置的结构光发射器211位于视觉传感器31的上方或右侧，当有多个结构光接收器212时，可以认为多个结构光接收器212的等效结构光接收器或中心位置的结构光接收器212位于视觉传感器31的下方或左侧。

具体地，结合实际场景确定结构光传感器21的数量，并结合实际场景需求及结构光传感器21的数量，对上述3中实现方式进行选择组合，以确定视觉传感器31和结构光传感器21的相对位置关系。优选地，视觉传感器31位于结构光发射器211和结构光接收器212之间，且结构光发射器211位于视觉传感器31上方，结构光接收器212位于视觉传感器31下方，换言之，结合上述实现方式1及实现方式2设置结构光传感器21和视觉传感器31的位置关系。

需要说明的是，在保证结构光传感器21的视场角位于视觉传感器31的视场角的前提下，视觉传感器31、结构光发射器211以及结构光接收器212的中心点连线形成的图形可以是直线，也可以是三角形，即视觉传感器31和结构光发射器211可以错位设置，此处不对三角形的形状做限定，可以是等腰三角形、等边三角形或者钝角三角形。

还需要说明的是，只要保证结构光传感器21的视场角位于视觉传感器31的视场角，本发明实施例并不对视觉传感器31在结构光发射器211与结构光接收器212中间的具体位置做限定，优选地，结构光发射器211与结构光接收器212，可以以视觉传感器31为中心对称设置，也可以以视觉传感器31对应在笛卡尔坐标系的竖轴或横轴的平行线为对称线对称设置。当结构光传感器21为多个时，多个结构光发射器211或结构光接收器212可以设置在同一水平面内，也可以设置在不同水平面内，此处不做具体限制，具体需要结合实际需求确定。

请参考图2、图6及图7，为了确保结构光传感器21能够正常工作，可选地，所述结构光接收器212通过数据传输线212a和所述第一印制电路板23连接；所述结构光发射器211靠近所述第一印制电路板23的表面设有第一接线端子211a。

具体地，和第一印制电路板23连接的数据传输线212a用于传输结构光接收器212采集的结构光图案以及为结构光接收器212充电。可选地，数据传输线212a可以选择fpc(扁平软线)，也可以采用现有技术中的其他数据传输线，此处不做具体限定。第一接线端子211a是实现电气连接的一种配件产品，用于将结构光发射器211和第一印制电路板23电性连接。第一印制电路板23上有连接外部电源的接线端子，在将结构光装置1安装到可移动设备上时，连接外部电源和第一印制电路板23、第一印制电路板23和第一接线端子211a，从而实现对结构光发射器211以及结构光接收器212的充电、结构光传感器21采集的数据的传输，确保结构光发射器211的正常工作。

为了将视觉传感器31更好的固定在第二印制电路板33上，请参考图2及图3，可选地，所述视觉传感器31和所述第二印制电路板33之间设置有传感器底座32。

为了便于连接外部电源以及第二印制电路板33，请参考图2至图5，可选地，所述第二印制电路板33背离所述视觉传感器31的表面设置有第二接线端子34。

第二接线端子34用于将外部电源和第二印制电路板33连接，从而便于为视觉传感器31提供电源以及传输视觉传感器31采集的数据，确保视觉传感器31的正常工作。

为了实现机器人的回充，请参考图1至图6，可选地，还包括：回充单元4；

所述回充单元4包括回充信号接收器41、第二支架42以及第三印制电路板43；

所述第二支架42设置有容纳槽42a，所述容纳槽42a底部槽面设有信号接收孔42b；

所述回充信号接收器41位于所述容纳槽42a内，通过所述信号接收孔42b接收回充信号，所述信号接收孔42b位于所述第一容纳空间2a内；

所述第三印制电路板43和所述第二支架42连接，所述回充信号接收器41连接在所述第三印制电路板43靠近所述信号接收孔42b的表面。

该实施例中，回充单元4包括回充信号接收器41、第二支架42以及第三印制电路板43，第二支架42设置有回充信号接收器41的容纳槽42a，容纳槽42a底部槽面设有信号接收孔42b，从而使得回充信号接收器41可通过信号接收孔42b接收回充信号，信号接收孔42b位于第一容纳空间2a内，回充信号接收器41连接在第三印制板电路板靠近信号接收孔42b的表面，第三印制电路板43和第二支架42连接，从而将回充单元4安装在结构光装置1上，通过回充单元4实现对机器人的回充。

需要说明的是，本发明实施例未对回充信号接收器41的数量做限定，具体需要结合实际需求确定，当回充信号接收器41的数量为两个或两个以上时，为每个回充信号接收器41分别设置一个容纳槽42a，并在每个容纳槽42a底部槽面开设信号接收孔42b。

为了确保第一支架22的稳固性，请参考图1、图2及图6，可选地，所述第一支架22包括结构光支架221和支架主体222，所述结构光支架221和所述支架主体222连接，所述支架主体222和所述第二支架42连接；所述结构光支架221设置有第二容纳空间221a，所述结构光传感器21设置于所述第二容纳空间221a内。

具体地，第二容纳空间221a可以由两端开口的凹槽形成，也可以由两端开口的t型槽形成，也可以由两端开口的弧形槽形成，此处不做具体限制，第二容纳空间221a的数量和结构光传感器21的数量匹配。

为了更好的固定支架主体222和结构光支架221，请参考图1、图2及图6，可选地，所述支架主体222设置有第一连接件222a；所述结构光支架221上设置有安装垫片221b，紧固件穿过所述安装垫片221b连接在所述第一连接件222a上。

具体地，紧固件穿过结构光支架221和支架主体222连接，换言之，结构光支架221和支架主体222通过紧固件连接。其中，紧固件可以是螺钉或螺栓。请参考图1、图2及图6，在一种可行的实现方式中，结构光支架221上设置有容纳紧固件头部的安装孔，安装垫片221b连接在容纳紧固件头部的安装孔的底部，安装垫片221b包括设置有容纳紧固件柄部的安装孔的柱体，比如圆柱体，结构光支架221上的容纳紧固件头部的安装孔和安装垫片221b上的容纳紧固件柄部的安装孔连通，安装垫片221b和第一连接件222a接触，第一连接件222a包括设置有容纳紧固件柄部的安装槽或安装孔的柱体，比如圆柱体，紧固件依次穿过结构光支架221上的安装孔、安装垫片221b上的安装孔，固定在第一连接件222a上的安装槽或安装孔内，紧固件的头部位于结构光支架221上容纳紧固件头部的安装孔内，从而连接支架主体222和结构光支架221。

本发明实施例未对第一连接件222a的数量进行限定，请参考1、图2及图6，优选地，支架主体222上方设置有两个第一连接件222a，下方设置有容纳紧固件柄部的两个安装槽或安装孔，结构光支架221设置有两个容纳紧固件头部的安装孔、两个安装垫片221b、两个容纳紧固件柄部的安装孔，通过4个紧固件连接结构光支架221和支架主体222，从而更好的固定结构光支架221和支架主体222。

具体地，紧固件穿过第二支架42和支架主体222连接，换言之，支架主体222和第二支架42通过紧固件连接。其中，紧固件可以是螺钉或螺栓。请参考图5，在一些可行的实现方式中，第二支架42设置有容纳紧固件头部和/或柄部的安装孔，支架主体222设置有容纳紧固件柄部的安装槽或安装孔，紧固件穿过第二支架42上的安装孔固定在支架主体222上的安装槽或安装孔内，从而连接第二支架42和支架主体222。

为了连接第一支架22和第一印制电路板23，请参考图2至图5，可选地，所述支架主体222和/或所述第二支架42设置有第二连接件5，所述第二连接件5侧面设置有定位件5a，所述第一印制电路板23和所述第二连接件5连接，所述第一印制电路板23位于所述结构光传感器21后方。

具体地，紧固件穿过第一印制电路板23和第二连接件5连接，换言之，第一印制电路板23和支架主体222通过紧固件连接。其中，紧固件可以是螺钉或螺栓。请参考图2及图5，在一些可行的实现方式中，第二连接件5包括设置有容纳紧固件柄部的安装槽或安装孔的柱体，比如圆柱体，第一印制电路板23设置有容纳紧固件头部和/或柄部的安装孔，紧固件穿过第一印制电路板23上的安装孔固定在第二连接件5上的安装槽或安装孔内，从而连接第一印制电路板23和第二连接件5。

需要说明的是，本发明实施例并不对第二连接件5的数量和安装位置进行具体限定，具体需要结合实际需求确定第二连接件5的数量和安装位置。请参考图2及图5，优选地，在支架主体222和第二支架42分别设置两个第二连接件5，对应的，第一印制电路板23开设4个容纳紧固件柄部的安装孔，紧固件穿过第一印制电路板23上的安装孔固定在第二连接件5上的安装槽或安装孔内，从而使得第一印制电路板23分别和结构光单元2以及回充单元4上，确保结构光装置1的可靠性及稳定性。

为了对第二连接件5进行定位及支撑，请参考图2至图5，可选地，所述第二连接件5侧面设置有定位件5a。具体地，定位件5a设置在第二连接件5的侧面，可以设置一个或多个，从而更好的固定第二连接件5，确保第二连接件5的稳定性。

为了使得结构光装置1能够更好的安装到机器人上，请参考图1至图6，可选地，所述第二支架42包括第二装置安装件42c，所述第二装置安装件42c和所述可移动设备连接。

具体地，机器人通过紧固件分别和第一装置安装件222c以及第二装置安装件42c连接，从而将结构光装置1更好的固定在机器人上。其中，紧固件可以是螺钉或螺栓。需要说明的是，第二装置安装件42c和第一装置安装件222c的结构可以相同，也可以不同，具体需要结合实际情况确定。

请参考图1、图2、图5及图6，可选地，所述支架主体222表面设有凸起222b；所述结构光支架221和/或所述第二支架42对应所述凸起222b设有容纳孔6；所述凸起222b位于所述容纳孔6内。

具体地，通过在支架主体222设置若干个凸起222b，在结构光支架221和/或第二支架42设置容纳凸起222b的容纳孔6，从而实现结构光支架221和/或第二支架42分别与支架主体222的定位，从而更好的固定结构光支架221和支架本体222，确保结构光装置1的可靠性及稳定性。

为了将摄像单元3连接到回充单元4上，请参考图1、图2、图3、图4及图6，可选地，所述摄像单元3还包括套设在所述视觉传感器31上的保护件35、套设在所述保护件35上的安装板36、设置在所述安装板36靠近所述视觉传感器31的表面上的第三连接件37，所述第三连接件37分别和所述第二印制电路板33以及所述第二支架42连接。

具体地，保护件35包括设置有容纳孔6的圆柱体，视觉传感器31位于保护件35设置的容纳孔6内，保护件35设置在回充单元4的下方。安装板36和保护件35的外表面连接。

具体地，第三连接件37包括支架连接件37b、电路板连接件37a以及连接板，连接板连接支架连接件37b和电路板连接件37a，电路板连接件37a包括设置有容纳紧固件柄部的安装槽或安装孔的柱体，比如圆柱体，支架连接件37b和电路板连接件37a的结构相似，这里不做过多描述，对应的，第二印制电路板33和第二支架42分别设置有容纳紧固件柄部和/或头部的安装孔，紧固件穿过第二印制电路板33上的安装孔固定在电路板连接件37a上的安装槽或安装孔内，从而连接第二印制电路板33和第三连接件37；紧固件穿过第二支架42上的安装孔固定在支架连接件37b上的安装槽或安装孔内，从而连接第二支架42和第三连接件37，进而实现摄像单元3和回充单元4之间的连接，确保结构光装置1的稳定性及可靠性。

请参考图4至图6，结构光装置1的组装步骤如下；

视觉传感器31固定在传感器底座32上，传感器底座32固定在第二印制电路板33上，紧固件穿过第二印制电路板33上设置的安装孔固定在电路板连接件37a上设置的安装槽内；回充信号接收器41安装在第三印制电路板43上，紧固件穿过第三印制电路板43上的安装孔固定在第二支架42上的安装槽内，紧固件穿过第二支架42上的安装孔固定在支架连接件37b上的安装槽内，然后，支架主体222上的凸起222b安装在第二支架42上的容纳孔6内，紧固件穿过第二支架42上的安装孔固定在支架主体222上的安装槽内，紧固件穿过第一印制电路板23上的安装孔，固定在支架主体222以及第二支架42上的第二连接件5上的安装槽内，然后，支架主体222上的凸起222b安装在结构光支架221上的容纳孔6内，紧固件穿过结构光支架221上的安装孔固定在第一连接件222a上设置的安装槽内，紧固件穿过结构光支架221上的安装孔固定在支架主体222上设置的安装槽内，最后，紧固件通过第一装置安装件222c以及第二装置安装件42c设置的安装孔连接到可移动设备上。

本发明实施例提供了一种机器人，包括：机器人本体以及安装在所述机器人本体上的前述任意实施例中的结构光装置1。

具体地，机器人上可以设置一个或多个结构光装置1，每个结构光装置1可以包括一个或多个结构光传感器21，具体需要结合实际需求确定。安装了本发明实施例提供的结构光装置1的机器人，可更为准确的确定结构光传感器21探测区域内目标物的语义信息。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。