CN108398696A - 多线旋转式激光雷达装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多线旋转式激光雷达装置,该装置包括旋转驱动机构、旋转架和至少一组激光器,每组激光器包括多个激光器并分多个方向安装于旋转架上,各激光器在旋转时的激光扫描面两两相交成预定角度,所述旋转驱动机构连接所述旋转架以驱动所述旋转架转动,使各激光器旋转,通过多个激光器从多个不同角度进行激光扫描。上述多线旋转式激光雷达装置采用旋转式结构,每个激光器能扫描形成一个激光扫描平面,多个激光器按照规则排布,同时扫描多个方向的不同角度平面,用较少的激光器就能达到良好的3D激光扫描效果,扫描方式快速高效,构成三维的激光扫描,可广泛应用于驾驶辅助***、无人驾驶***及移动机器人、无人驾驶飞机避障与导航等领域。
Description
技术领域
本发明涉及激光扫描技术领域,具体涉及一种多线旋转式激光雷达装置。
背景技术
随着激光技术的发展,激光扫描技术越来越广泛地应用于测量、交通、驾驶辅助和无人机、移动机器人等领域。现有的激光扫描雷达一般制造成本高,结构较为复杂,有些则是体积和质量都较大,不利于在激光雷达在驾驶辅助***、无人驾驶***及移动机器人、无人驾驶飞机避障与导航领域的应用。
激光扫描主要是通过快速持续地发射多个脉冲,这些发射的方向以某种方式连续变化,将每个距离测量值看成一个像素,快速持续发射和记录的像素的收集就称为“点云”。目前,有些激光扫描装置利用单激光发射器、探测器结合一些移动的镜子的结合体以实现跨过至少一个面的扫描。这种装置仅仅能绘制二维的点云,然而,目前对于激光扫描应用来说,二维的扫描结果难以满足当前需求,人们常常需要三维点云。因此,进行三维或3D扫描成为目前研究的热点和难点之一。
发明内容
有鉴于此,有必要提供一种快速高效、能同时扫描多方向多面三维式的多线旋转式激光雷达装置,其通过采用量少的激光器达到良好的3D激光扫描效果。
一种多线旋转式激光雷达装置,包括旋转驱动机构、旋转架和至少一组激光器,每组激光器包括多个激光器并分多个方向安装于旋转架上,各激光器在旋转时的激光扫描面两两相交成预定角度,所述旋转驱动机构连接所述旋转架以驱动所述旋转架转动,使各激光器旋转,通过多个激光器从多个不同角度进行激光扫描。
进一步地,所述旋转驱动机构为电机,所述旋转架包括转接轴,所述转接轴连接于电机。
进一步地,所述旋转架上还设有一个无源编码器,用于在激光器旋转时监测到各激光器的旋转角度方位。
进一步地,多线旋转式激光雷达装置还包括光电传感器,所述光电传感器固定设置并与无源编码器位置对应,用于感测旋转过程中无源编码器反馈的光信号,以监测到各激光器的旋转角度方位。
进一步地,还包括线路板,所述线路板还具有控制芯片、电机驱动模块,所述控制芯片与所述电机驱动模块连接,用于控制电机驱动模块,所述电机驱动模块在控制芯片的控制下,驱动电机。
进一步地,所述线路板还具有数据接收模块,所述数据接收模块与光电传感器无线连接,用于接收光电传感器的数据,所述控制芯片与所述数据接收模块连接,用于处理所述数据接收模块的数据。
进一步地,所述线路板还具有接口电路及其接口,所述接口电路与控制芯片连接,用于进行数据传输。
进一步地,所述线路板还具有无线充电模块,所述无源编码器上具有无线充电线圈,所述光电传感器连接有无线充电接收线圈,所述无线充电模块具有无线充电发射线圈,用于给无线充电接收线圈进行无线充电,所述无线充电模块与控制芯片连接,并在控制芯片控制下进行无线充电。
进一步地,至少一组激光器为两组或多组,每组为四个激光器并按照四个象限方向分布,每组中的多个激光器由旋转架的同一圆周向四个方位延伸,两组或多组激光器的延伸圆周面在旋转架上由上到下依次排列,各组中的全部激光器两两相交的预定角度相同。
进一步地,各个激光器在旋转时的转动面两两相交所成的预定角度为2~5度。
上述多线旋转式激光雷达装置采用旋转式结构,每个激光器能扫描形成一个激光扫描平面,多个激光器按照规则排布,可以同时扫描多个方向的不同角度平面,通过用最少的激光器就能达到良好的3D激光扫描效果。而且旋转结构使得扫描方式快速高效,多个激光器同时扫描多方向多个不同角度的面,形成三维的激光扫描空间。
附图说明
图1是本发明实施例一的多线旋转式激光雷达装置的立体结构示意图。
图2是图1中的多线旋转式激光雷达装置的俯视结构示意图。
图3是沿图2中的多线旋转式激光雷达装置的A-A线的剖视结构示意图。
图4是本发明实施例一的多线旋转式激光雷达装置的功能模块结构框图。
图5是本发明实施例二的多线旋转式激光雷达装置的剖视结构示意图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例和附图对本发明进行详细说明。
请参照实施例图1和2,示出本实施例一提供的一种多线旋转式激光雷达装置100,包括旋转驱动机构10、旋转架20和至少一组激光器,每组激光器包括多个激光器31并分多个方向安装于旋转架20上,各激光器31在旋转时的激光扫描面两两相交成预定角度,所述旋转驱动机构10连接所述旋转架20以驱动所述旋转架20转动,使各激光器31旋转,通过多个激光器31从多个不同角度进行激光扫描。
具体地,上述各器件收容于壳体11内,壳体11包括上腔111和下腔112,优选地,上腔111为透明的,例如为玻璃腔体,为透光镜面结构。所述旋转驱动机构10为电机。图示的实施例中,上腔111和下腔112都是圆筒状,下腔112的直径略大于上腔111。
具体地,所述旋转架20包括转接轴21,所述转接轴21连接于电机10。每个激光器31分别通过安装板或安装支架安装于旋转架20的顶端或靠近顶端。优选地,各个激光器31在旋转时的转动面两两相交所成的预定角度为2~5度。而且,任意相邻的两个激光器31相交的预定角度相同,并且全部激光器31从侧面看,从上到下呈张开形状或发散形态。
进一步地,所述旋转架20上还设有一个无源编码器40,用于在激光器31旋转时监测到各激光器31的旋转角度方位。关于无源编码器40的结构请参阅同一申请人的另一专利号为201621062992.1,名称为“旋转扫描编码装置” 发明,该发明专利全文内容引入本申请作参考。
多线旋转式激光雷达装置100还包括光电传感器42,所述光电传感器42固定设置并与无源编码器40位置对应,用于感测旋转过程中无源编码器40反馈的光信号,以监测到各激光器31的旋转角度方位。光电传感器42可以是固定在电机上或者电机座上,位置固定不旋转。
请再参阅图3和4,多线旋转式激光雷达装置100还包括线路板50,所述线路板50还具有控制芯片51、电机驱动模块54,所述控制芯片51与所述电机驱动模块54连接,用于控制电机驱动模块54,所述电机驱动模块54在控制芯片51的控制下,驱动电机11。线路板50还具有数据接收模块52,所述数据接收模块52与光电传感器42无线连接,用于接收光电传感器42发来的数据,所述控制芯片51与所述数据接收模块52连接,用于处理所述数据接收模块52的数据。
进一步地,所述线路板50还具有无线充电模块55,所述光电传感器42连接有无线充电线圈,所述无线充电模块55具有无线充电发射线圈,用于给无线充电接收线圈进行无线充电,所述无线充电模块55与控制芯片51连接,并在控制芯片51控制下进行无线充电。进一步地,所述线路板50还具有接口电路56及其接口,所述接口电路与控制芯片51连接,用于进行数据传输。优选地,接口电路56采用USB接口电路,通过USB接口连接,当然也可以采用其他接口方式,不限于此。关于无线充电方面的技术结构请参阅同一申请人的另一专利号为201620342332.2,名称为“一种旋转式激光扫描传感器” 的发明,该发明专利全文内容引入本申请作参考。
请参阅图5,示出本实施例二提供的一种多线旋转式激光雷达装置200,多线旋转式激光雷达装置200的结构与实施例一的多线旋转式激光雷达装置100基本上相同,两者主要不同之处在于,实施例二中的激光器为两组,当然在其他实施例中可以是三组或更多组激光器31。图4和图1、图2中相同的符号表示基本相同的元件,在此不再赘述。
如图4所示,两组激光器为第一组激光器31和第二组激光器32,其中第一组激光器31与实施例一基本相同,第二组也是在同样的四个象限内分布,整个是俯仰角不同,本实施例中将第一组中各激光器31设置为俯冲形式,第二组中各激光器32设置为仰起结构,也就是,为四个激光器31并按照四个象限方向向上仰起分布,每组中的多个激光器31由旋转架20的同一圆周向四个方位延伸,两组激光器31的延伸圆周面在旋转架20上由上到下依次排列,各组中的全部激光器31两两相交的预定角度相同,并且全部激光器31从侧面看,从上到下呈张开形状或发散形态。更进一步地,其中一个激光器31的激光发射角度设定为水平方向,从侧面投影来看,以该激光器31为大致中间位置,上下的激光器基本上是相对于该中间的激光器31呈向外散开形式,更有利于形成均匀致密地三维扫描表面。
实际应用时,以夹角为2.5度为例,两组激光器31和32共8个,整个激光器31形成角度范围为17.5度的致密多面扫描区域,即基本上可以覆盖远近距离的环境或物体,当应用于无人机或无人汽车时,可以为其扫描障碍,一旦有障碍,立即反馈,使无人机或无人汽车作出相应动作。
由此可知,上述多线旋转式激光雷达装置采用旋转式结构,每个激光器31能扫描形成一个激光扫描平面,多个激光器31按照规则排布,可以同时扫描多个方向的不同角度平面,通过用最少的激光器31就能达到良好的3D激光扫描效果。而且旋转结构使得扫描方式快速高效,多个激光器31同时扫描多方向多个不同角度的面,形成三维的激光扫描空间。
需要说明的是,本发明并不局限于上述实施方式,根据本发明的创造精神,本领域技术人员还可以做出其他变化,这些依据本发明的创造精神所做的变化,都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种多线旋转式激光雷达装置,其特征在于,包括旋转驱动机构、旋转架和至少一组激光器,每组激光器包括多个激光器并分多个方向安装于旋转架上,各激光器在旋转时的激光扫描面两两相交成预定角度,所述旋转驱动机构连接所述旋转架以驱动所述旋转架转动,使各激光器旋转,通过多个激光器从多个不同角度进行激光扫描。
2.如权利要求1所述的多线旋转式激光雷达装置, 其特征在于,所述旋转驱动机构为电机,所述旋转架包括转接轴,所述转接轴连接于电机。
3.如权利要求1所述的多线旋转式激光雷达装置, 其特征在于,所述旋转架上还设有一个无源编码器,用于在激光器旋转时监测到各激光器的旋转角度方位。
4.如权利要求3所述的多线旋转式激光雷达装置, 其特征在于,还包括光电传感器,所述光电传感器固定设置并与无源编码器位置对应,用于感测旋转过程中无源编码器反馈的光信号,以监测到各激光器的旋转角度方位。
5.如权利要求4所述的多线旋转式激光雷达装置, 其特征在于,还包括线路板,所述线路板还具有控制芯片、电机驱动模块,所述控制芯片与所述电机驱动模块连接,用于控制电机驱动模块,所述电机驱动模块在控制芯片的控制下,驱动电机。
6.如权利要求5所述的多线旋转式激光雷达装置, 其特征在于,所述线路板还具有数据接收模块,所述数据接收模块与光电传感器无线连接,用于接收光电传感器的数据,所述控制芯片与所述数据接收模块连接,用于处理所述数据接收模块的数据。
7.如权利要求6所述的多线旋转式激光雷达装置, 其特征在于,所述线路板还具有接口电路及其接口,所述接口电路与控制芯片连接,用于进行数据传输。
8.如权利要求5所述的多线旋转式激光雷达装置, 其特征在于,所述线路板还具有无线充电模块,所述光电传感器连接有无线充电接收线圈,所述无线充电模块具有无线充电发射线圈,用于给无线充电接收线圈进行无线充电,所述无线充电模块与控制芯片连接,并在控制芯片控制下进行无线充电。
9.如权利要求1所述的多线旋转式激光雷达装置, 其特征在于,至少一组激光器为两组或多组,每组为四个激光器并按照四个象限方向分布,每组中的多个激光器由旋转架的同一圆周向四个方位延伸,两组或多组激光器的延伸圆周面在旋转架上由上到下依次排列,各组中的全部激光器两两相交的预定角度相同。
10.如权利要求1所述的多线旋转式激光雷达装置, 其特征在于,各个激光器在旋转时的转动面两两相交所成的预定角度为2~5度。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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