CN214011515U - 激光雷达、探测***及智能终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及雷达技术领域，公开了一种了激光雷达、探测***及智能终端，所述激光雷达包括壳体和多个传感器，所述多个传感器安装于所述壳体，所述多个传感器分为多组，多组所述传感器沿y轴依次排布于所述壳体，且同一组的所述传感器的发射点在同一平面内，各组所述传感器的发射点所在的平面相互平行。通过以上设置，使得激光雷达可固定安装于载体上，相对载体具有固定且较大的探测视场角，可实现对较大范围内的待测目标进行探测，降低了激光雷达的成本，且该激光雷达结构简单、安装方便，具有较高的适配性。

Description

激光雷达、探测***及智能终端

技术领域

本实用新型实施方式涉及雷达技术领域，特别是涉及一种激光雷达、探测***及智能终端。

背景技术

激光雷达，是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达***。其工作原理是向目标发射探测信号(激光束),然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较,作适当处理后,就可获得目标的有关信息,如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数,从而对目标进行探测、跟踪和识别。

随着激光雷达技术的成熟以及硬件成本的逐步降低，越来越多的无人地面移动***开始将激光雷达作为关键的主传感器。但是，目前的激光雷达结构复杂、成本较高。

实用新型内容

本实用新型实施方式主要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本较低的激光雷达、探测***及智能终端。

为解决上述技术问题，本实用新型实施方式采用的一个技术方案是：

一方面，提供一种激光雷达，所述激光雷达包括：

壳体；

多个传感器，安装于所述壳体，所述多个传感器分为多组，多组所述传感器沿y轴依次排布于所述壳体，且同一组的所述传感器的发射点在同一平面内，各组所述传感器的发射点所在的平面相互平行。

在一些实施例中，所述传感器的激光束的光轴与y轴的夹角随y的增大而减小，所述传感器的激光束的光轴与x轴的夹角随x的增大而减小。

在一些实施例中，同一组的相邻两个所述传感器的激光束的光轴夹角为预设夹角。

在一些实施例中，所述预设夹角大于或等于所述传感器发射的激光束的视场角大小。

在一些实施例中，同一组的所述传感器的发射点位于同一圆弧线上，且同一组的所述传感器中，相邻两个所述传感器的发射点的弧长或发射点连线形成的弦长相等。

在一些实施例中，同一组的所述传感器中，相邻两个所述传感器的发射点的弧长或发射点连线形成的弦长等于另一组的所述传感器中，相邻两个所述发射点的弧长或所述发射点连线形成的弦长。

在一些实施例中，所述壳体具有球面结构，所述多个传感器分布于所述壳体的球面结构，所述多个传感器的激光束的光轴的反向延长线均穿过所述壳体的球面结构的球心。

在一些实施例中，所述壳体呈半圆球状或1/8圆球状。

在一些实施例中，所述壳体呈半椭圆球状，同一组的所述传感器的激光束的光轴的反向延长线相交于同一点。

另一方面，提供一种探测***，所述探测***包括：

如上所述的激光雷达。

另一方面，还提供一种智能终端，所述智能终端包括：

如上所述的探测***。

与现有技术相比，本实用新型实施例提供了一种激光雷达，所述激光雷达包括壳体和多个传感器，所述多个传感器安装于所述壳体，所述多个传感器分为多组，多组所述传感器沿y轴依次排布于所述壳体，且同一组的所述传感器的发射点在同一平面内，各组所述传感器的发射点所在的平面相互平行。通过以上设置，使得激光雷达可固定安装于载体上，相对载体具有固定且较大的探测视场角，可实现对较大范围内的待测目标进行探测，降低了激光雷达的成本，且该激光雷达结构简单、安装方便，具有较高的适配性。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明且不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本实用新型其中一实施例所提供的激光雷达的结构立体图；

图2是图1的激光雷达的正面视图；

图3是图1的激光雷达的第一方向的侧视图；

图4是图1的激光雷达的第二方向的侧视图；

图5是图1的激光雷达的结构分解图；

图6是图1的激光雷达的传感器发射激光束的工作状态示意图；

图7是图1的激光雷达向外发散激光束的工作状态示意图；

图8是本实用新型其中另一实施例所提供的激光雷达的结构立体图；

图9是本实用新型其中另一实施例所提供的激光雷达的结构立体图；

图10是本实用新型其中另一实施例所提供的激光雷达的结构立体图；

图11是图10的激光雷达向外发散激光束的工作状态示意图；

图12是图11的激光雷达的另一角度立体图；

图13是本实用新型其中另一实施例所提供的激光雷达的结构立体图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”/“安装于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“上”、“下”、“”、“外”、“垂直的”、“水平的”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本实用新型实施例提供一种激光雷达100，所述激光雷达100用于对待测目标发射激光信号，并接收由待测目标反射回来的激光信号，在对其自身所发出以及反射回来的激光信号进行比较、处理后，获得待测目标的信息数据，例如，目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数,从而对目标进行探测、跟踪和识别。

请参阅图1，图1示出了本实用新型其中一实施例提供的激光雷达100的结构立体图。所述激光雷达100包括壳体10和多个传感器20，所述多个传感器20安装于壳体10，每个传感器20的激光束的发射方向不同且不相交，每个传感器20可分别朝向不同方向发射激光束，使得激光雷达100整体具有较大的视场以形成一较大的感应区域，从而可对较大范围内的待测目标进行探测。

相较于传统的，需通过电机驱动旋转而进行扫描探测的雷达结构，本实用新型实施例提供的激光雷达100可固定安装于载体上，相对载体具有固定且较大的探测视场，无需通过电机等装置驱动旋转，即可实现对较大范围内的待测目标进行探测，降低了激光雷达100的成本，且该激光雷达100结构简单、安装方便，具有较高的适配性。其中，载体可以是无人驾驶汽车等。

所述多个传感器20分为多组，多组传感器20沿y轴依次排布于壳体10，且同一组的传感器20的发射点在同一平面内，各组传感器20的发射点所在的平面相互平行。

传感器20的组数可以根据实际需要选择，只需至少为两组即可；且每一组中，传感器20的数量可以根据实际需要选择，只需其中至少两组的传感器20的数量均至少为两个即可。

请一并参阅图2-图4，图2为激光雷达100的正面视图，图3为激光雷达100的第一方向的侧视图，图4为激光雷达100的第二方向的侧视图，具体地，以xyz三维直角坐标系为参考说明，其中，xoy平面即为激光雷达100的正视投影平面，zoy平面即为激光雷达100的第一方向的侧视图，xoz平面即为激光雷达的第二方向的侧视图。所述多个传感器20于壳体10的正视位置与所述多个传感器20自身投影至xoy平面的位置重合,所述多个传感器20于xoy平面的投影中心与xoy平面的中心重合，所述多个传感器20于壳体10的第一方向的侧视位置与所述多个传感器20自身投影至zoy平面的位置重合,所述多个传感器20于壳体10的第二方向的侧视位置与所述多个传感器20自身投影至xoz平面的位置重合。壳体10具有第一中轴面，第一中轴面与xoy平面的y轴重合，多组传感器20沿y轴依次排布于壳体10。如图2中的虚线所示，同一组的传感器20的发射点于xoy平面的投影连成的直线平行于x轴，也即，同一组的传感器20的发射点在同一平面内。各组传感器20的发射点所在的平面相互平行，且各组传感器20的发射点所在的平面垂直于y轴。

请参阅图5，图5示出了激光雷达100的结构分解图，其中，壳体10为立体半剖面图，壳体10为空心结构，壳体10的内侧壁设置有多个安装槽11，安装槽11的槽底贯穿壳体10的侧壁设置，传感器20安装于安装槽11，一个安装槽11对应一个传感器20，所述多个安装槽11的排布规律与所述多个传感器20的排布规律一致，传感器20通过安装槽11贯穿壳体10的侧壁的部分向壳体10外发射激光束。

请参阅图6，图6示出了传感器20发射激光束的工作示意图，对于上述的传感器20，传感器20发射的激光束大致为四棱台状的感应区域，传感器20发射的激光束具有一定的视场角α，单个传感器20的视场角α是以传感器20的发射点为顶点，以被测目标的物象可通过激光束的最大范围的两条边缘构的夹角。其中，传感器20发射的激光束的视场角α越大，则，传感器20的探测范围越广。

在本实施例中，传感器20的视场角α大小为20度。

可选地，传感器20采用VL53L1X传感器20，该传感器20的视场角α为20度，并且传感器20可被编程成通过13个重叠感兴趣区域的顺序范围。VL53L1X传感器20可在各种环境照明条件下实现最佳测距性能，无论探测目标的颜色和反射率如何，其都可以进行绝对距离测量，因此，可将其安装于各种覆盖窗口后面，使得其自身可以容易地集成到壳体10中。由于VL53L1X传感器20的成本较低，因此通过采用VL53L1X传感器20，可大大降低激光雷达100的生产成本。

请参阅图7，图7为激光雷达发射向外发散激光束的工作状态示意图，为方便理解，将同一组的传感器20所发射的激光束形成的感应区域称为组感应区域201，将所有传感器20所发射的激光束形成的感应区域称为总感应区域202，总感应区域202即为激光雷达100整体的探测范围。

在同一组传感器20中，组感应区域201的大小取决于单个传感器20的视场角α大小，传感器20的数量，以及同一组传感器20之间的分布规律，其中，同一组传感器20之间的分布规律是指，相邻两个传感器20的发射点于壳体10上的第一相对位置，所述第一相对位置影响着相邻两个传感器20的光轴的夹角大小以及间距。一般地，单个传感器20的视场角α越大，则，组感应区域201越大；传感器20的数量越多，则，组感应区域201越大；相邻两个传感器20的激光束的光轴的夹角和/或间距越小，则，该两个传感器20的激光束之间会出现较大面积的干涉，则，组感应区域201越小，需通过增加传感器20的数量才能得到较大的探测范围；相邻两个传感器20的激光束的光轴的夹角和/或间距越大，虽然组感应区域201会越大，但是该两个传感器20的激光束之间会出现较大面积的盲区，不利于激光雷达100探测工作的进行。

在激光雷达100整体中，总感应区域202的大小取决于各个组感应区域201的大小，组感应区域201的数量，以及相邻两组传感器20之间的分布规律，其中，相邻两组传感器20之间的分布规律是指，相邻两组传感器20的发射点各自连成的两个线条于壳体10上的第二相对位置，所述第二相对位置影响着相邻两个组感应区域201的夹角大小以及间距大小。一般地，单个组感应区域201越大，则，总感应区域202越大；组感应区域201的数量越多，则，总感应区域202越大；相邻两组传感器20的组感应区域201的夹角和/或间距越小，则，该两组传感器20的组感应区域201之间会出现较大面积的干涉，则，总感应区域202越小，需通过增加传感器20的组数才能得到较大的探测范围；相邻两组传感器20的组感应区域201的夹角和/或间距越大，虽然总感应区域202会越大，但是该两组传感器20的组感应区域201之间会出现较大面积的盲区，不利于激光雷达100探测工作的进行。

为保证每个传感器20分别朝向不同方向发射激光束，使得激光雷达100整体具有较大的总感应区域202，传感器20的激光束的光轴与y轴的夹角随y轴的增大而减小，传感器20的激光束的光轴与x轴的夹角随x的增大而减小。通过以上设置，合理规划了所有传感器20的在所述壳体10上的排布方式，保证了每个传感器20的激光束的发射方向不同且不相交，每个传感器20可分别朝向不同方向发射激光束，使得激光雷达100整体具有较大的视场角以形成一较大的感应区域，从而可对较大范围内的待测目标进行探测；同时，可减少相邻两个激光束之间的干涉和/或盲区的面积大小。

具体地，请复参图3和图4，于zoy平面上，以远离o点且位于外圈上的传感器20为示例说明，将传感器20的光轴反向延长至于y轴，可知，传感器20的激光束的光轴与y轴的夹角随y轴的增大而减小。于xoz平面上，以远离o点且位于外圈上的传感器20为示例说明，将传感器20的光轴反向延长至于x轴，可知，传感器20的激光束的光轴与x轴的夹角随x的增大而减小。

为了使得同一组的传感器20可均匀向外发射激光束，以形成均匀的组感应区域201，相邻两个传感器20的激光束的光轴的夹角为预设夹角，也即，相邻两个传感器20的激光束的光轴的夹角相等。

其中，所述预设夹角大于或等于单个传感器20发射的激光束的视场角α大小。在本实施例中，传感器20的视场角为20度，则，所述预设夹角大于或等于20度。通过以上设置，同一组的相邻两个传感器20之间的干涉和/或盲区的面积得到进一步的减少，同一组感应区域201内，相邻两个激光束在干涉和盲区之间取得平衡，也即相邻两个激光束的光轴之间的预设夹角，既不会过大而出现较大面积的盲区，也不会过小而出现较大面积的干涉，具体如图7所示。

可以理解的是，在一些其他实施例中，传感器20的视场角α大小可以根据实际需要选择，例如，30度，则，所述预设夹角大于或等于30度。

为了避免同一组的传感器20发射的激光束相对壳体10出现参差不齐的现象，从而导致相邻两个传感器20的激光束远离发射点的一端出现较大的干涉和/或盲区，同一组的传感器20的发射点位于同一圆弧线上，且相邻两个传感器20的发射点连线形成的弧长或发射点的弦长相等。通过以上设置，同一组的传感器20发射的激光束远离发射点的一端面光滑连接后，可形成一圆弧曲面，具体如图7所示；同时，减少了相邻两个激光束之间的干涉和/或盲区的面积大小。

更进一步地，为了减少相邻两组传感器20的组感应区域201的干涉和/或盲区面积大小，使得激光雷达100整体具有较大的总感应区域202，同一组的传感器20中，相邻两个传感器20的发射点的弧长或发射点连线形成的弦长等于另一组的传感器20中，相邻两个发射点的弧长或发射点连线形成的弦长。通过以上设置，使得激光雷达100具有较大的探测范围，并进一步减少了相邻两个激光束之间的干涉和/或盲区的面积大小。

对于上述的壳体10，壳体10具有球面结构，所述多个传感器20分布于所述壳体10的球面结构，且所述多个传感器20的激光束的光轴的反向延长线均穿过壳体10的球面结构的球心。

请继续参阅图1-图4，在本实用新型其中一实施例中，壳体10呈半圆球状，壳体10的球面结构由多个圆形面圆滑连接而形成。壳体10具有第二中轴面以及上述的第一中轴面，多组传感器20沿y轴依次排布于壳体10。所述多个传感器20以第一中轴面为中心对称分布，还以壳体10的第二中轴面为中心对称分布。其中，第一中轴面与第二中轴面相互垂直，第一中轴面与上述的zoy平面重合，第二中轴面与上述的xoz平面重合，在具体实施过程中，第一中轴面垂直于地面，第二中轴面平行于地面。

具体地，所述多个传感器20沿y轴呈九组排布于壳体10，沿y轴的一端指向y轴的另一端，将九组传感器20依次分组为第一、二、三、四、五、六、七、八、九组，第一、二、三、四、五、六、七、八、九组的传感器20数量分别为1,5,7,9，9，9，7，5，1个。第五组传感器20位于第二中轴面上，第一、二、三、四组传感器20和第六、七、八、九组传感器20以第二中轴面为中心对称分布，每一组传感器20其中的一个位于第一中轴面上，也即，第一中轴面和第二中轴面上分别具有九个传感器20，使得激光雷达100在第一中轴面和第二中轴面上分别具有180°的视场。在第二、三、四、五、六、七、八组中，各组传感器20的发射点所在平面相互平行。

其中，第五组传感器20对应的待测区域为重点探测目标，且第五组传感器20所在壳体10的位置对应的弧线最长，为使得激光雷达100于第五组传感器20所在位置获得较优的组感应区域201，故在第五组相应设置9个传感器20，并使得第五组传感器20的组感应区域201大致形成半圆形状，从而可使得第五组传感器20获得最大的探测范围；第四、六组的传感器20数量也均为9个，虽然第四、六组的传感器20分别所在壳体10的位置对应的弧线长度小于第五组的，但第四、六组传感器20对应的待测区域同为重点探测目标，为激光雷达100于第四、六组传感器20所在壳体10的位置获得较优的组感应区域201，故在该两组分别设置9个传感器20；随着其余每一组传感器20所在壳体10的位置对应的弧长长度的递减，传感器20的数量也随之递减，从第三组至第一组依次递减为7、5、1个，从第七组至第九组依次递减为7、5、1个。在实际应用中，第一、九组分别位于壳体10相交于第一中轴面的两端，由于该两端分别朝向和背向地面，该两端对应的待测区域为非必要探测目标，故，第一、九组分别只设置一个传感器20，上述的重点探测目标为激光雷达100在实际应用中，最有可能探测出障碍物的待测区域。

并且，结合所述多个传感器20于壳体10的分布规律，使得激光雷达100整体发射的激光束大致形成一个半球体，从而使得激光雷达100可探测半球体壳体10对应的较大的待测区域，具体请参阅图7。

在一些其他实施例中，第一、九组传感器20可以省略。

在一些其他实施例中，壳体10的球面结构可以根据实际需要设置，例如，如图8所示，壳体10的球面结构为光滑的球表面；如图9所示，壳体10的球面结构由多个平面拼接而成。

请参阅图10，在本实用新型其中另一实施例中，壳体10呈1/8圆球状。壳体10的球面结构由多个圆形面圆滑连接而形成，壳体10具有第一中轴面，多组传感器20沿y轴依次排布于壳体10，y轴与壳体10的第一中轴面重合，所述多个传感器20以第一中轴面为中心对称分布。在具体实施过程中，第一中轴面垂直于地面设置。

具体地，所述多个传感器20沿y轴呈四组排布于壳体10，沿y轴的一端指向y轴的另一端，将四组传感器20依次分组为第一、二、三、四组，第一、二、三、四组的传感器20数量分别为1,3,4,4个。在第二、三、四组中，各组传感器20的发射点所在平面相互平行。

其中，第三、四组传感器20对应的待测区域为重点探测目标，且第三、四组传感器20所在壳体10的位置对应的弧线相对较长，为使得激光雷达100于第三、四组传感器20所在位置分别获得较优的组感应区域201，故在第三、四组相应设置4个传感器20，以使得第三、四组传感器20获得最大的探测范围；随着其余每一组传感器20所在壳体10的位置对应的弧长长度的递减，传感器20的数量也随之递减，从第二组至第一组依次递减为3、1个。在实际应用中，第一位于壳体10相交于第一中轴面的远离或靠近地面一端，由于该端朝向或背向地面，该端对应的待测区域为非必要探测目标，故，第一组只设置一个传感器20。

并且，结合所述多个传感器20于壳体10的分布规律，使得激光雷达100整体发射的激光束大致形成一个1/8圆球状，从而使得激光雷达100可探测1/8圆球状壳体10对应的较大的待测区域，具体请参阅图11，图11示出了图10所示实施例的激光雷达100向外发散激光束的工作状态示意图。

在一些其他实施例中，第一组传感器20可以省略。

请结合图12，图12为图10的激光雷达的另一角度立体图，壳体10还设置有连接结构11，连接结构11用于连接另一激光雷达100，使得激光雷达100可根据需要进行拼接成其它形状结构，例如，两个激光雷达100拼接成1/4球圆球状，四个激光雷达100拼接成半圆球状，等等。通过以上设置，大大提高了激光雷达100的适用性，用户可根据需要进行拼接，以满足不同的探测范围要求。

请参阅图13，在本实用新型的其中另一实施例中，壳体10呈半椭圆球状，与图1所示实施例不同的是，同一组的所述传感器20的激光束的光轴的反向延长线相交于同一点。结合所述多个传感器20于壳体10的分布规律，使得激光雷达100整体发射的激光束大致形成一个半椭圆球状，从而使得激光雷达100可探测半椭圆球状壳体10对应的较大的待测区域。

可以理解的是，在本实用新型其他一些实施例中，壳体10的形状不局限于上述的半圆球状、1/8圆球状和半椭圆球状，壳体10也可以是其他形状的结构，例如，半圆环状。

本实用新型实施例还提供一种探测***，所述探测***包括如上所述的激光雷达100。

本实用新型实施例还提供一种智能终端，智能终端具体为无人驾驶汽车、无人飞行器或者无人船等智能运载工具，所述智能终端包括如上所述的探测***。

以上所述仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围。

Claims (11)

1.一种激光雷达，其特征在于，包括：

壳体；

多个传感器，安装于所述壳体，所述多个传感器分为多组，多组所述传感器沿y轴依次排布于所述壳体，且同一组的所述传感器的发射点在同一平面内，各组所述传感器的发射点所在的平面相互平行。

2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述传感器的激光束的光轴与y轴的夹角随y的增大而减小，所述传感器的激光束的光轴与x轴的夹角随x的增大而减小。

3.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，同一组的相邻两个所述传感器的激光束的光轴夹角为预设夹角。

4.根据权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，所述预设夹角大于或等于所述传感器发射的激光束的视场角大小。

5.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，同一组的所述传感器的发射点位于同一圆弧线上，且同一组的所述传感器中，相邻两个所述传感器的发射点的弧长或发射点连线形成的弦长相等。

6.根据权利要求5所述的激光雷达，其特征在于，同一组的所述传感器中，相邻两个所述传感器的发射点的弧长或发射点连线形成的弦长等于另一组的所述传感器中，相邻两个所述发射点的弧长或所述发射点连线形成的弦长。

7.根据权利要求1-6任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述壳体具有球面结构，所述多个传感器分布于所述壳体的球面结构，所述多个传感器的激光束的光轴的反向延长线均穿过所述壳体的球面结构的球心。

8.根据权利要求7所述的激光雷达，其特征在于，所述壳体呈半圆球状或1/8圆球状。

9.根据权利要求1-6任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述壳体呈半椭圆球状，同一组的所述传感器的激光束的光轴的反向延长线相交于同一点。

10.一种探测***，其特征在于，包括：

权利要求1-9任意一项所述的激光雷达。

11.一种智能终端，其特征在于，包括：

权利要求10所述的探测***。

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