CN205720649U - 一种直驱小型旋转扫描测距装置 - Google Patents

Abstract

本申请一种直驱小型旋转扫描测距装置，包括旋转探测外壳、红外光发射模块、光电测距模块、底部、驱动电机，驱动电机与旋转探测外壳连接，直接驱动旋转探测外壳相对于底部不断旋转，红外光发射模块发出红外探测光，该红外探测光遇到被测物体后被反射，光电测距模块收到反射回的红外探测光，基于飞行时间法计算得到所述直驱小型旋转扫描测距装置与被测物体之间的距离。本申请通过驱动电机直接驱动旋转探测外壳旋转，解决了现有技术占用体积大，旋转不稳定的问题，并且采用飞行时间法计算距离，使得结构设计简单，且可以测到15m处的被测物体。

Description

一种直驱小型旋转扫描测距装置

技术领域

本申请涉及一种光电测距装置，尤其涉及一种基于飞行时间（Time of Flight，简称TOF）法的直驱小型旋转扫描测距装置，进一步地，采用驱动电机直接驱动测距装置旋转。

背景技术

现有技术中，常见的光学测距方法为三角测距法。采用三角测量法时，计算得到的距离值精度不均匀，并且对远距离范围的测量随角度误差增大，计算距离精度大幅下降。在三角测距法中，需要将激光光源与测距单元设置成具有一定的角度与距离且处于同一平面内的支撑结构，这样就限制了结构的设计，使得测距装置的体积较大。目前常见的三角测距法的装置，测量距离小，只有6-7m。

另外，在现有技术中，多采用传动带的结构驱动测距探头旋转。在驱动电机上设置传动轮，在传动轮和测距探头的外周套有传动带，驱动电机通过传动带，带动测距探头不断旋转。然而，传动带的结构使得测距装置占用的体积大，并且传动带长期使用或者经历高低温环境变化之后容易老化，使用中会出现打滑的现象。

实用新型内容

本申请基于上述现有技术中的不足，提供了一种基于相位飞行时间法的小型旋转扫描测距装置，该小型旋转扫描探测装置通过电机直接驱动旋转测距部分旋转。

本申请提供一种直驱小型旋转扫描测距装置，包括旋转探测外壳、红外光发射模块、光电测距模块、底部、驱动电机，该旋转探测外壳位于底部上方，驱动电机直接驱动旋转探测外壳相对于底部不断旋转，红外光发射模块固定于旋转探测外壳内部，发出红外探测光，该红外探测光遇到被测物体后被反射，固定于旋转探测外壳内部的光电测距模块收到反射回的红外探测光，基于飞行时间法计算得到该直驱小型旋转扫描测距装置与被测物体之间的距离。

进一步地，所述驱动电机为三相云台电机。

进一步地，所述红外光发射模块上固定设置有红外光源，所述红外光源为激光光源或者为LED光源。

进一步地，所述红外光源为LED光源，LED光源的个数为2个、4个或6个。

进一步地，所述光电测距模块通过由红外光发射模块发射出的红外探测光与由光电测距模块接收的反射红外光的相位差，基于飞行时间法得到所述直驱小型旋转扫描测距装置与被测物体之间的距离。

进一步地，所述红外光发射模块所发出的红外探测光光路上设置有红外光发射透镜，该红外光发射透镜固定于旋转探测外壳内部；所述光电测距模块的接收红外光光路上设置有红外光接收透镜，该红外光接收透镜固定于旋转探测外壳内部。

进一步地，所述红外光发射透镜和红外光接收透镜为会聚透镜。

进一步地，所述红外光发射透镜和红外光接收透镜设置有中心波长为850nm带通滤波膜。

进一步地，其特征在于，光电测距模块中包含测距芯片，所述测距芯片为EPC600、EPC610或EPC660。

进一步地，所述光电测距模块包括红外光接收传感器，所述红外光接收传感器为单独一个红外光接收传感器、或者为由多个独立工作外光接收传感器构成的平面阵列红外光接收传感器。

进一步地，所述红外光接收传感器上设置有中心波长为850nm带通滤波片。

进一步地，所述直驱小型旋转扫描测距装置用于行走机器人、扫地机器人、无人机，或智能机器移动设备对周围环境的扫描探测。

本申请所提供的一种直驱小型旋转扫描测距装置，通过基于飞行时间法测量距离，使得红外光发射模块与光电测距模块不需要固定的角度要求，使得结构设计简单，占用空间小，而且可以测到15m处的被测物体；另外，通过驱动电机直接驱动旋转探测外壳旋转，提高了电机驱动效率，避免采用传动带驱动时所出现的打滑现象，使得旋转探测外壳旋转更稳定，同时也进一步减小旋转扫描测距装置的体积。

附图说明

图1是本申请一种直驱小型旋转扫描测距装置整体结构示意图。

图2是本申请一种直驱小型旋转扫描测距装置内部结构示意图。

图3是本申请一种直驱小型旋转扫描测距装置工作光路示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本申请中的“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

本申请实施例提供了一种直驱小型旋转扫描测距装置。如附图1-3所示，该直驱小型旋转扫描测距装置包括：

旋转探测外壳100，旋转探测外壳100上具有使光束通过的透光孔。旋转探测外壳100内部固定设置有红外光发射模块，该红外光发射模块集成于电路板上，电路板中具有用于红外光发射模块供电及控制的电路。在工作状态下，红外光发射模块接收到测量指令后，在驱动电路协议下驱动红外光发射模块上的红外光源400，通过调制信号的调制发出峰值波长在850nm的第一红外探测光线，该第一红外探测光线通过旋转探测外壳上的第一透光孔，照射到外部需要探测的环境中。当环境中具有障碍物等物体时，该第一红外探测光线照射到物体上，被物体反射，得到第二红外探测光线，该经过物体反射的第二红外探测光线通过旋转探测外壳上的第二透光孔，射入旋转探测外壳内部。该第二红外探测光线被固定设置于旋转探测外壳100内部的光电测距模块500所接收，光电测距模块集成于电路板上，光电测距模块接收到第二红外探测光，与第一红外探测光进行比较，得到第一红外探测光与第二红外探测光的相位差，基于飞行时间法计算得到直驱小型旋转扫描测距装置和环境中物体之间的距离信息。由于采用了飞行时间法，当其调制信号的频率为10MHz时，可以探测到环境中距直驱小型旋转扫描测距装置15米处的被测物体。另外，通过控制调制信号的频率，测量装置的探测距离进一步扩展。

底部200，位于旋转探测外壳100下方，当直驱小型旋转扫描测距装置工作时，旋转探测外壳相对于底部以360度不断旋转，对直驱小型旋转扫描测距装置360度范围内的全景环境进行扫描探测。

驱动电机300，该驱动电机直接与旋转探测外壳固定连接，直接驱动旋转探测外壳相对于底部200不断以360度旋转。其中，所述驱动电机300为三相电机，在优选的实施例中为三相云台电机，驱动电机与旋转探测外壳底部固定连接，在其中的一实施例中，旋转探测外壳底部通过螺丝固定于云台电机的旋转台上。

滑环，位于三相云台电机的空心中心转轴处，滑环的一端与旋转探测外壳内部的电路板连接，另一端与外部设备联系。滑环用于对旋转探测外壳的内部元件进行供电，以及将旋转探测外壳得到的距离信息传出。

其中，红外发光模块上固定设置的红外光源400为激光光源或者为发光二极管LED光源。在优选的实施例中，光源为LED光源，个数为2个或者更多。在优选的实施例中，红外光发射模块中具有4个红外LED光源。

由于LED光源具有较大发散角，为了将LED发出的发散光会聚，以小发散角发射出旋转探测外壳，在优选的实施例中，还在LED发出的光路上、且在旋转探测外壳内部，设置有红外光发射透镜600，通过优化红外光发射透镜600的直径、厚度及曲率半径，经过红外光发射透镜后，第一红外探测光的发散角减小到3度或者更小，该第一红外探测光具有一定的横截面积。其中，红外光发射透镜600为会聚透镜。

为了将更多的被物体反射的第二红外探测光线收集到光电测距模块，在光电测距模块的接收红外光光路上设置有红外光接收透镜700，该红外光接收透镜700为会聚透镜，将被物体反射回的第二红外探测光聚焦到光电测距模块上。在优选的实施例中，红外光接收透镜为前后设置的两片会聚透镜。

在优选的实施例中，为了减少环境光的干扰，在可选的实施例中，在红外光发射透镜和红外光接收透镜都设置有红外光滤波膜，优选为中心波长为850nm的带通滤波膜，其中带宽为44±5nm。

其中，光电测距模块500中设置有测距芯片，在优选的实施例中，该测距芯片为EPC600、或者为EPC610、或者为EPC660。

其中，光电测距模块500包括红外光接收传感器，红外光接收传感器为单独一个红外光接收传感器、或者为由多个独立工作红外光接收传感器构成的平面阵列红外光接收传感器。在其中的一实施例中，红外光接收传感器上设置有中心波长为850nm的带通滤波片。

在该直驱小型旋转扫描测距装置工作时，由于旋转探测外壳不断旋转，为了准确确定所探测到的距离数据是在哪个具体角度方位，确定旋转探测外壳相对于底部的角度位置，还在直驱小型旋转扫描测距装置内部设置有光电编码盘。该光电编码盘以旋转探测外壳中心轴为中心，均匀固定设置。该光电编码盘由间距相同的、以圆周形状设置的凸起组成，所述凸起为具有一定高度和宽度的矩形凸起，其中的一个凸起与其余的凸起具有不同的宽度。该光电编码盘可以固定设置于旋转探测外壳的最底下的位置，随旋转探测外壳一起旋转，或者该光电编码盘固定设置于底部上方。

在其中一实施例中，直驱小型旋转扫描测距装置用于行走机器人、扫地机器人、或无人机，或者类似的智能机器移动设备，对周围环境的扫描探测。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种直驱小型旋转扫描测距装置，包括旋转探测外壳、红外光发射模块、光电测距模块、底部、驱动电机，其中，所述旋转探测外壳位于底部上方，

其特征在于，所述驱动电机直接驱动旋转探测外壳相对于底部不断旋转，所述红外光发射模块固定于旋转探测外壳内部，发出红外探测光，所述红外探测光遇到被测物体后被反射，固定于旋转探测外壳内部的光电测距模块收到反射回的红外探测光，基于飞行时间法计算得到所述直驱小型旋转扫描测距装置与被测物体之间的距离。

2.根据权利要求1所述的一种直驱小型旋转扫描测距装置，其特征在于，所述驱动电机为三相云台电机。

3.根据权利要求1所述的一种直驱小型旋转扫描测距装置，其特征在于，所述红外光发射模块上固定设置有红外光源，所述红外光源为激光光源或者为LED光源。

4.根据权利要求3所述的一种直驱小型旋转扫描测距装置，其特征在于，所述红外光源为LED光源，LED光源的个数为2个、4个或6个。

5.根据权利要求1-3之一所述的一种直驱小型旋转扫描测距装置，其特征在于，所述光电测距模块通过由红外光发射模块发射出的红外探测光与由光电测距模块接收的反射红外光的相位差，基于飞行时间法得到所述直驱小型旋转扫描测距装置与被测物体之间的距离。

6.根据权利要求1-3之一所述的一种直驱小型旋转扫描测距装置，其特征在于，所述红外光发射模块所发出的红外探测光光路上设置有红外光发射透镜，该红外光发射透镜固定于旋转探测外壳内部；所述光电测距模块的接收红外光光路上设置有红外光接收透镜，该红外光接收透镜固定于旋转探测外壳内部。

7.根据权利要求6所述的一种直驱小型旋转扫描测距装置，其特征在于，所述红外光发射透镜和红外光接收透镜为会聚透镜。

8.根据权利要求1-3之一所述的一种直驱小型旋转扫描测距装置，其特征在于，光电测距模块中包含测距芯片，所述测距芯片为EPC600、EPC610或EPC660。

9.根据权利要求1-3之一所述的一种直驱小型旋转扫描测距装置，其特征在于，所述光电测距模块包括红外光接收传感器，所述红外光接收传感器为单独一个红外光接收传感器、或者为由多个独立工作外光接收传感器构成的平面阵列红外光接收传感器。

10.根据权利要求1-3之一所述的一种直驱小型旋转扫描测距装置，其特征在于，所述直驱小型旋转扫描测距装置用于行走机器人、扫地机器人、无人机，或智能机器移动设备对周围环境的扫描探测。