CN113558523A - 激光雷达障碍检测装置、设备及检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光雷达障碍检测装置、带有障碍检测功能的设备及检测方法，所述装置包括：模组支撑架，以及与所述模组支撑架固定的电路板，所述电路板连接有感光摄像头以及两个激光管，其中第一激光管用于发射水平激光束，第二激光管用于发射竖向激光束，所述水平激光束与所述竖向激光束在远离所述模组支撑架的方向上相交。本发明提供的技术方案中，水平激光束用来判定前方路面是否平整，是否满足越障设计，竖直激光束用来判定通行高度是否满足机器结构设计，能否顺利通行；可以达到很好的避障效果。

Description

激光雷达障碍检测装置、设备及检测方法
技术领域
本发明涉及智能设备领域，尤其涉及一种激光雷达障碍检测装置、带有障碍检测功能的设备及检测方法。
背景技术
传统智能扫地机器人都采用二维激光雷达的方式进行导航避障，这种导航方式方便快捷，并且在导航的同时也兼顾了避障功能。具体地，该避障方式以激光雷达为基础，通过激光雷达的发射激光管发生脉冲激光并对发射激光管旋转来确定周围环境，但是这种方式只能环视雷达同一平面的障碍物(即二维平面)，对于低于该平面或高于该平面的物体皆无法扫描。因此当扫地机通过上述传统的激光雷达是扫射不到的一些特别的位置，如较低的床底(二维平面以上区域)或前方地面存在沟壑(二维平面以下)时，极易使扫地机卡死使其无法运动，或不断尝试碰撞，不智能。同时由于扫地机需要更大的工作范围，包括一些卫生死角，所以大都采用扁平化设计，这样就使其加装其他传感器变得越发困难。
因此现有技术还有待于进一步发展。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种激光雷达障碍检测装置、带有障碍检测功能的设备及检测方法。
本发明实施例的第一方面，提供一种激光雷达障碍检测装置，所述装置包括：模组支撑架，以及与所述模组支撑架固定的电路板，所述电路板连接有感光摄像头以及两个激光管，其中第一激光管用于发射水平激光束，第二激光管用于发射竖向激光束，所述水平激光束与所述竖向激光束在远离所述模组支撑架的方向上相交。
可选地，所述第一激光管发射激光方向略向下倾斜。
可选地，所述模组支撑架包括向下倾斜的第一安装面，以及第二安装面，所述第一安装面用于安装所述第一激光管，所述第二安装面用于安装所述第二激光管。
可选地，所述感光摄像头位于所述第一安装面与所述第二安装面之间。
可选地，所述感光摄像头上加装有滤光片，用于增强感光摄像头的激光束接收。
可选地，所述第一激光管与所述第二激光管发出的激光束相交后呈十字型激光束。
可选地，两个激光管的其中一个激光管位于所述感光摄像头的上部，另一个所述激光管位于所述感光摄像头的下部，且所述第一激光管、感光摄像头、第二激光管按预设角度排列设置在所述模组支撑架上。
本发明实施例的第二方面，提供一种激光雷达障碍检测装置，包括：模组支撑架，以及与所述模组支撑架固定的电路板，所述电路板连接有感光摄像头以及一个激光管，所述激光管可发射十字型激光束，所述十字型激光束于所述激光雷达障碍检测装置远处形成；水平激光束与竖向激光束分别用于检测移动路径的前方障碍物及通行高度的障碍物。
可选地，其中所述感光摄像头包括：第一感光摄像头用于接收水平激光束，以及第二感光摄像头用于接收竖向激光束。
可选地，所述模组支撑架包括第一安装面以及第二安装面，所述第一安装面用于安装所述第一感光摄像头，所述第二安装面用于安装所述第二感光摄像头；所述激光管位于所述第一安装面与所述第二安装面之间。
可选地，所述感光摄像头设有一个，其为一个可接收十字型激光束的感光摄像头。
本发明实施例的第三方面，提供一种带有障碍检测功能的设备，包括可移动机构以及与所述可移动机构相配合的障碍检测装置，所述障碍检测装置为上述的激光雷达障碍检测装置。
可选地，所述第一激光管与所述第二激光管按预设发射控制时序发出激光束，使得发出的激光束为不同波长的激光束。
可选地，所述设备为扫地机器人或运输机器人或运输机器人。
本发明实施例的第三方面，提供一种障碍检测方法，应用于带有障碍检测功能的设备，所述设备带有激光雷达可发出竖直激光束和水平激光束；
竖直激光束发射出去，与水平激光束相交；监控距离小于或等于水平激光束，且位于水平激光束上方所有竖直激光束的数据；当水平激光束不平整，判定为遇到障碍物；当距离小于或等于水平激光束，且位于水平激光束上方所有竖直激光束的数据，且该数据低于预设阈值判定为遇到障碍物；
当设备遇到障碍物时，控制设备旋转，进而使得激光雷达进行旋转，找到一个可满足通行方位从而避开障碍物。
本发明提供的技术方案中，运用结构光测距的原理，发射十字型激光束，水平激光束用来判断前方路面是否平整，是否满足越障设计，竖直激光束用来判断通行高度是否满足机器结构设计，能否顺利通行；可以达到很好的避障效果。
附图说明
图1为本发明实施例中一种激光雷达障碍检测装置的结构示意图；
图2为本发明另一实施例中的激光雷达障碍检测装置的结构示意图；
图3为本发明又一实施例中的激光雷达障碍检测装置的结构示意图。
电路板1、10；第一安装面2、30；第二安装面3、20；第二激光管4；感光摄像头5；第一激光管6；模组支撑架7、70；激光管50；第一感光摄像头40；第二感光摄像头60；感光摄像头80。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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，本领域技术人员在没有作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。
请参阅图1，图1为本发明实施例中一种激光雷达障碍检测装置的一实施例的结构示意图。所述激光雷达障碍检测装置，包括：模组支撑架7、电路板1、感光摄像头5、两个激光管。与现有技术所不同的是本发明提供的技术方案具有障碍物高度检测功能，具体的检测方式也不同，比如两个激光管发射的激光束呈“十字型”。应当理解的是，从一定角度、平面而言两种激光束相互交叉呈近似地水平与竖直的交叉，当然包括两种激光束各自呈一定的倾斜角度。
具体的，本发明提供一种激光雷达障碍检测装置，包括模组支撑架7，以及与所述模组支撑架7固定的电路板1，所述电路板1上可设置必要的处理器、存储器等必要的激光信号的处理电子部件。为实现激光避障功能，还包含与所述电路板1连接的感光摄像头5以及两个激光管，所述感光摄像头5用来接收两个激光管发射的激光束被障碍物反射回来的激光。
而其中一个激光管位于所述感光摄像头5的上部，另一个所述激光管位于所述感光摄像头5的下部。所不同的是，位于上部的激光管用于发射水平激光束，为第一激光管6。位于下部的激光管用于发射竖向激光束，为第二激光管4。且所述第一激光管6、感光摄像头5、第二激光管4按预设角度排列设置在所述模组支撑架7上；这样设置是用于使得两个激光管可以发出一定倾斜角度的激光束，从而使激光束可以检测不同位置的障碍物，例如水平方向上的障碍物以及水平方向以上的具有通行高度限制的障碍物。
在该实施例中，所述水平激光束与所述竖向激光束在远离所述模组支撑架7的方向上相交。在一种应用实例中，例如扫地机器人，一个激光管发射水平激光束，一个激光管发射竖直激光束，两个激光管以及激光管摄像头三者以某一特定的角度排列，当激光雷达设备设置于扫地机机器人或移动设备时，两个激光管以及激光管摄像头三者可竖直排布，水平激光束倾斜设置以用于探测扫地机前方地面是否有障碍物，竖直激光束倾斜设置用于探测前方通行高度上是否存在障碍物，即障碍物通行空间高度低于扫地机器人的高度。两激光管发射光束成垂直相交，形成向激光雷达正前方发射十字光束。
本发明通过激光管检测移动物体高度设定可以判断障碍物高度，同时水平激光束可以判断前方通行障碍物。水平激光束用来判断前方路面是否平整，是否满足越障设计，竖直激光束用来判断通行高度是否满足机器结构设计，能否顺利通行。本发明两个激光管及一个感光摄像头5传感器方案运用结构光测距的原理，发射十字型激光束，即可完成通行道路及通行空间高度的判断，无需增加多余传感器。只需要通过更新软件版本就可配置，不需要改变任何结构，就可以适配任何类型移动物体。
进一步地，如图1所示，所述第一激光管6发射激光方向略向下倾斜，所述第二激光管4发射激光方向略向上倾斜。两个激光管发射的激光束在远处某位置相交叉，相应地所述感光摄像头5可以获取到两个激光管发射的激光束的反射光(反射条纹)。可以理解为是设置的第一激光管6和第二激光管4安装的发射激光的角度倾斜，即第一激光管6和第二激光管4倾斜。也可以理解为第一激光管6和第二激光管4所在的安装位置倾斜，例如所述模组支撑架7的安装面倾斜。
在一可选地实施例中，所述第一激光管6与所述第二激光管4发出的激光束相交后呈十字型激光束。在生产时不需要为特定的用户做适配，不同厂商扫地机或其他用到该激光雷达的设备在外形、高度上都不一样，也兼容不同厂商的扫地机。
在一可选地实施例中，所述模组支撑架7包括向下倾斜的第一安装面2，以及第二安装面3，所述第一安装面2用于安装所述第一激光管6，所述第二安装面3用于安装所述第二激光管4。从而实现两个激光管发射的激光束可以相交。作为一种优选的实施例，所述第二安装面3为向上倾斜的安装面。
安装激光管的部分模组支撑架7，不需要倾斜设置。水平或者向上激光管一样向下倾斜，保证第一激光管6、第二激光管4打出的光束相交点处于感光摄像头5前方的地面。
两个激光管之间的倾斜角度范围取决于设置激光管的模组支撑架7上的倾斜面角度，设置具备一定倾斜程度的激光管，可以确保激光雷达设备获得更大的视野范围。
相应地，所述感光摄像头5位于所述第一安装面2与所述第二安装面3之间。为更好地适应不同的应用场景或者激光束采集要求，可以使得第一安装面2和第二安装面3开设滑槽，以达到所述第一激光管6和第二激光管4可以移动的效果。例如实现所述第一激光管6和第二激光管4可在所述模组支撑架7上左右移动。
更进一步地，所述感光摄像头5上加装有滤光片，用于增强感光摄像头5的激光束接收。优选地，由于滤光片具有通过指定波形光线的作用，所以加装特殊滤光片的激光管摄像头可只能收到特定波长的反射激光，减少噪音干扰，提供探测的准确性。
如图2所示，图2为本发明实施例中另一种激光雷达障碍检测装置的一实施例的结构示意图。所述激光雷达障碍检测装置，包括：模组支撑架70，以及与所述模组支撑架70固定的电路板10，所述电路板10连接有两个感光摄像头以及一个激光管50，所述激光管50可发射十字型激光束，所述十字型激光束于所述激光雷达障碍检测装置远处形成；其中用于接收水平激光束的为第一感光摄像头40，另一个用于接收竖向激光束的为第二感光摄像头60，水平激光束与竖向激光束分别用于检测移动路径的前方障碍物及通行高度的障碍物。
与上述实施例所不同的是，由一个可发出十字型激光束的激光管50执行激光雷达作用，此处十字型激光束可以理解为发射路径相交的两束激光束；而由两个感光摄像头接收水平、竖向激光束。相应地，所述模组支撑架70的形状也做了改变。
所述模组支撑架70包括两个安装面，第一安装面30以及第二安装面20，为左、右倾斜的安装面。所述第一安装面30向左倾斜用于安装所述第一感光摄像头40，所述第二安装面20向右倾斜用于安装所述第二感光摄像头60；所述激光管50位于所述第一安装面30与所述第二安装面20之间。
所述第一感光摄像头40和第二感光摄像头60上加装有滤光片，用于增强感光摄像头的激光束接收。优选地，由于滤光片具有通过指定波形光线的作用，所以加装特殊滤光片的激光管50摄像头可只能收到特定波长的反射激光，减少噪音干扰，提供探测的准确性。
如图3所示，本发明还提供另一种激光雷达障碍检测装置，其包括：模组支撑架，以及与所述模组支撑架固定的电路板，所述电路板连接有一个感光摄像头80以及一个激光管70，所述激光管70可发射十字型激光束，所述十字型激光束于所述激光雷达障碍检测装置远处形成；水平激光束与竖向激光束分别用于检测移动路径的前方障碍物及通行高度的障碍物。其中所述感光摄像头80可接收十字型激光束，并根据接收的十字型激光束判断前方是否有障碍物。
在一种可行的实施例中，所述感光摄像头80位于所述激光管70的下部，该感光摄像头80可为一个摄像头模组，也可以是由两个摄像头模组组成。
当然，所述感光摄像头80也可以位于所述激光管70的上部、侧方，或其他位置，不发明不作限定，满足接收激光即可。
对应地障碍物检测方法为:装置安装在移动设备上，当对地的水平激光束照射目标为一平面时，反射条纹为一条连续的亮纹，由此可以判断前进方向为平整的可通行地面。当其照射在不平整的平面上时，反射条纹将被隔断并且发生偏移，同时低洼处由于光线不能全部反射呈现暗纹，凸起处则为亮纹，由此可判定前方地形是否符合设备越障需求，同理可根据竖直条纹接收回来的数据来判定通行高度是否符合需求，进而选择前进方式，另外，可根据竖直条纹接收回来的数据来判定移动设备中间视野是否存在障碍物。
竖直激光束处理过程：竖直激光束发射出去，与水平激光束相交；监控距离小于或等于水平激光束(反射条纹)，且位于水平激光束(反射条纹)上方所有竖直激光束的数据；当水平激光束不平整，说明遇到障碍物；当距离小于或等于水平激光束(反射条纹)，且位于水平激光束(反射条纹)上方所有竖直激光束的数据，且该数据低于某个预设阈值(预设阈值可提前设定，设定的依据根据当前移动设备高度)时，说明遇到障碍物。
当移动设备的激光雷达设备发出的十字光束未检测到障碍物，且距离一定时间内距离未发生变化时(距离未发生变化可通过激光管摄像头接受的数据为发生改变初步判定)，移动设备旋转自身，进而使得激光雷达进行旋转，实时监控。移动设备通过移动旋转，判定有障碍物，再移动旋转，找到一个可满足通行方位，前进，从而避开障碍物。具体可结合扫地机器人运行状态理解。
另外，本发明还提供一种带有障碍检测功能的设备，包括可移动机构以及与所述可移动机构相配合的障碍检测装置，所述障碍检测装置图1或图2或图3所示的激光雷达障碍检测装置。所述设备为扫地机器人或运输机器人或运输机器人；可以理解的是，所示设备也可以为其他移动或非移动的设备。当为非移动设备时，检测到障碍物可进行警报预警。
进一步地，所述第一激光管与所述第二激光管按预设发射控制时序发出激光束，使得发出的激光束为不同波长的激光束。通过此方式可解决激光束的串扰问题。
具体的，在图1所示的装置上，通过控制指令控制两个激光管，按照预设的发射控制时序，控制激光器发光，以确保发射的两个激光管可发出不同波长的激光光束。然后控制激光管摄像头接收与对应两个激光管的波长匹配的入射光。根据接收不同波长的入射光区分对应的两个激光管。
当采用图2或图3所示的装置上，可同样通过发射控制时序发射两种激光束，例如发射完一次水平激光束后极端时间内发射竖直激光束，以确保发射的两个激光管可发出不同波长的激光光束。然后控制两个激光管摄像头接收与对应两个激光管的波长匹配的入射光。根据接收不同波长的入射光区分对应的两个激光管。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的***和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的***实施例仅仅是示意性的。例如，各个单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (15)

1.一种激光雷达障碍检测装置，其特征在于，包括：模组支撑架，以及与所述模组支撑架固定的电路板，所述电路板连接有感光摄像头以及两个激光管，其中第一激光管用于发射水平激光束，第二激光管用于发射竖向激光束，所述水平激光束与所述竖向激光束在远离所述模组支撑架的方向上相交。
2.根据权利要求1所述的激光雷达障碍检测装置，其特征在于，所述第一激光管发射激光方向略向下倾斜。
3.根据权利要求1所述的激光雷达障碍检测装置，其特征在于，所述模组支撑架包括向下倾斜的第一安装面，以及第二安装面，所述第一安装面用于安装所述第一激光管，所述第二安装面用于安装所述第二激光管。
4.根据权利要求3所述的激光雷达障碍检测装置，其特征在于，所述感光摄像头位于所述第一安装面与所述第二安装面之间。
5.根据权利要求1所述的激光雷达障碍检测装置，其特征在于，所述感光摄像头上加装有滤光片，用于增强感光摄像头的激光束接收。
6.根据权利要求1所述的激光雷达障碍检测装置，其特征在于，所述第一激光管与所述第二激光管发出的激光束相交后呈十字型激光束。
7.根据权利要求1所述的激光雷达障碍检测装置，其特征在于，两个激光管的其中一个激光管位于所述感光摄像头的上部，另一个所述激光管位于所述感光摄像头的下部，且所述第一激光管、感光摄像头、第二激光管按预设角度排列设置在所述模组支撑架上。
8.一种激光雷达障碍检测装置，其特征在于，包括：模组支撑架，以及与所述模组支撑架固定的电路板，所述电路板连接有感光摄像头以及一个激光管，所述激光管可发射十字型激光束，所述十字型激光束于所述激光雷达障碍检测装置远处形成；水平激光束与竖向激光束分别用于检测移动路径的前方障碍物及通行高度的障碍物。
9.根据权利要求8所述的激光雷达障碍检测装置，其特征在于，其中所述感光摄像头包括：第一感光摄像头用于接收水平激光束，以及第二感光摄像头用于接收竖向激光束。
10.根据权利要求9所述的激光雷达障碍检测装置，其特征在于，所述模组支撑架包括第一安装面以及第二安装面，所述第一安装面用于安装所述第一感光摄像头，所述第二安装面用于安装所述第二感光摄像头；所述激光管位于所述第一安装面与所述第二安装面之间。
11.根据权利要求8所述的激光雷达障碍检测装置，其特征在于，所述感光摄像头设有一个，其为一个可接收十字型激光束的感光摄像头。
12.一种带有障碍检测功能的设备，其特征在于，包括可移动机构以及与所述可移动机构相配合的障碍检测装置，所述障碍检测装置为权利要求1至7或权利要求8至11任一项所述的激光雷达障碍检测装置。
13.根据权利要求12所述的带有障碍检测功能的设备，其特征在于，所述第一激光管与所述第二激光管按预设发射控制时序发出激光束，使得发出的激光束为不同波长的激光束。
14.根据权利要求12所述的带有障碍检测功能的设备，其特征在于，所述设备为扫地机器人或运输机器人或运输机器人。
15.一种障碍检测方法，应用于带有障碍检测功能的设备，其特征在于，所述设备带有激光雷达可发出竖直激光束和水平激光束；
竖直激光束发射出去，与水平激光束相交；监控距离小于或等于水平激光束，且位于水平激光束上方所有竖直激光束的数据；当水平激光束不平整，判定为遇到障碍物；当距离小于或等于水平激光束，且位于水平激光束上方所有竖直激光束的数据，且该数据低于预设阈值判定为遇到障碍物；
当设备遇到障碍物时，控制设备旋转，进而使得激光雷达进行旋转，找到一个可满足通行方位从而避开障碍物。
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