CN216870798U - 测距雷达和移动机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及测距技术领域，公开了一种测距雷达和移动机器人。其中，所述测距雷达包括：光学测距模块；驱动电机，其包括输出轴；减速齿轮传动机构，其包括第一齿轮、传动轴、第二齿轮、第三齿轮和第四齿轮。其中，所述第一齿轮安装在所述输出轴上，所述第二齿轮和所述第三齿轮均安装在所述传动轴上，所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合，所述第三齿轮与所述第四齿轮啮合；并且，所述光学测距模块与所述第四齿轮相对固定设置。本实用新型实施例提供的测距雷达通过采用减速齿轮传动机构作为连接驱动电机和光学测距模块的中间传动机构，其传动时不会出现打滑现象，并且避免了皮带传动的磨损或老化引起的失效，工作寿命更长。

Description

测距雷达和移动机器人

技术领域

本实用新型涉及测距技术领域，特别是涉及一种测距雷达和具有这种测距雷达的移动机器人。

背景技术

随着元器件的小型化、成本低廉化，空间定位技术越来越普及，其可应用在例如家用移动机器人、无人机、无人驾驶等自主导航领域。在空间定位技术中，光学定位技术因其具有精度高、响应快的特点，被广泛应用。

光学定位技术中，最常见的光学测距模块基本包含一个光发射组件和一个光接收组件。光学测距模块所涉及的定位方法通常为三角测量法或TOF(Time Of Flight，飞行时间原理)测距法。大部分的消费级光学定位装置如扫地机器人和服务机器人用的激光雷达，都可采用三角测量法或TOF测距法。

现有的例如扫地机、服务机器人等的移动机器人主要使用电机带动皮带，进而由皮带拉动测距模块做机械旋转。然而，由于皮带多为橡胶材质，其传动时容易打滑，并且长时间使用后皮带会老化掉屑，因此采用皮带的传动部分寿命不长，通常只能达到约1500小时。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种测距雷达，能够有效提高传动部分的使用寿命。

本实用新型实施例解决其技术问题提供以下技术方案。

一种测距雷达，包括：光学测距模块；驱动电机，所述驱动电机包括输出轴；减速齿轮传动机构，所述减速齿轮传动机构包括第一齿轮、传动轴、第二齿轮、第三齿轮和第四齿轮。其中，所述第一齿轮安装在所述输出轴上，所述第二齿轮和所述第三齿轮均安装在所述传动轴上，所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合，所述第三齿轮与所述第四齿轮啮合；并且，所述光学测距模块与所述第四齿轮相对固定设置。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一齿轮与所述第二齿轮具有第一减速比，所述第三齿轮与所述第四齿轮具有第二减速比，所述第二减速比大于所述第一减速比；所述第二齿轮的齿数大于所述第三齿轮的齿数。

作为上述技术方案的进一步改进，所述减速齿轮传动机构的减速比在9:1至15:1之间。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第四齿轮的旋转轴线、所述输出轴和所述传动轴平行设置。

作为上述技术方案的进一步改进，所述测距雷达还包括封闭外壳，所述封闭外壳至少***述光学测距模块和所述减速齿轮传动机构。

作为上述技术方案的进一步改进，所述封闭外壳包括第一部分和第二部分，所述减速齿轮传动机构设置在所述第一部分内，所述第二部分罩住所述光学测距模块并且设置成能够相对于所述第一部分转动。

作为上述技术方案的进一步改进，所述驱动电机为无刷电机。

作为上述技术方案的进一步改进，所述测距雷达为激光雷达。

本实用新型实施例解决其技术问题还提供以下技术方案。

一种移动机器人，其包括任一以上所述的测距雷达。

与现有技术相比较，在本实用新型实施例提供的测距雷达中，通过采用减速齿轮传动机构作为连接驱动电机和光学测距模块的中间传动机构，其传动时不会出现打滑现象，并且避免了皮带传动的磨损或老化引起的失效，工作寿命更长，例如机械寿命可达到小时以上。

附图说明

一个或多个实施通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明并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为本实用新型一实施例提供的一种测距雷达的立体示意图；

图2为图1所示测距雷达的截面示意图；

图3为图1所示测距雷达的局部平面示意图；

图4为图3的立体分解示意图。

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”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“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”、“底部”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。

请参阅图1至图3，分别为本实用新型一实施例提供的一种测距雷达100的立体示意图、截面示意图和局部平面示意图。所述测距雷达100可包括光学测距模块10、驱动电机20和减速齿轮传动机构30。所述测距雷达100还可包括封闭外壳40；在图3中，该封闭外壳40的顶部部分被去除，以显示出内部的光学测距模块10和减速齿轮传动机构30。

其中，所述光学测距模块10可用于对周围环境进行扫描，进而实现测距雷达100的测距、避障和建图等功能。例如，所述光学测距模块10可包括光发射组件和光接收组件；所述光发射组件用于发射光线至待被测距的目标物体；所述光接收组件可包括接收单元和镜片。所述接收单元可为线性CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)、雪崩光电二极管(Avalanche Photo Diode，APD)、快速光电二极管(Fast Photo Diode)或单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode，SPAD)等。所述镜片用于供从所述目标物体反射的所述光线的至少一部分通过并投射至所述接收单元。所述光发射组件和光接收组件可作为例如三角测量法或TOF测距法的测距雷达的核心测距部分。在三角测量法中，由于光发射组件和接收单元间隔了一段距离，所以依照光学路径，不同距离的目标物体将会成像在例如线性CCD的接收单元上不同的位置；进而，按照三角公式进行计算，就能推导出被测目标物体与测距雷达100之间的距离；在TOF测距法中，光接收组件的传感器用于感测到目标物体反射回的光线，并且生成相应的光电信号，所述光电信号的飞行时间用于转换距离，计算出目标物体与所述测距雷达100之间的距离。

结合图4所示，其为图3的立体分解示意图；所述驱动电机20包括输出轴21。所述驱动电机20通过减速齿轮传动机构30与所述光学测距模块10连接，用于驱动所述光学测距模块10旋转。驱动电机20可包括定子部分和转子部分，输出轴21与转子部分连接，以随着转子部分的旋转而旋转。驱动电机20可固定设置在封闭外壳40的下方，并使得输出轴21伸入封闭外壳40的容纳空间内。在一些实施例中，所述驱动电机20可为无刷电机。通过采用无刷电机形式，可使得驱动电机20的结构紧凑，占用空间小。

所述减速齿轮传动机构30包括第一齿轮31、传动轴32、第二齿轮33、第三齿轮34和第四齿轮35，减速齿轮传动机构30用于将驱动电机20输出的动力进行传递，同时用来降低转速和增大转矩，以满足光学测距模块10的工作需要。所述第一齿轮31可通过键槽配合的方式固定安装在所述输出轴21上，以随着输出轴21转动。传动轴32可相对于封闭外壳40旋转设置。所述第二齿轮33和所述第三齿轮34均可通过键槽配合的方式固定安装在所述传动轴32上。所述第一齿轮31与所述第二齿轮33啮合，第一齿轮31的旋转用于驱动第二齿轮33进行旋转，第二齿轮33带动传动轴32旋转，进而由传动轴32带动第三齿轮34旋转。所述第三齿轮34与所述第四齿轮35啮合，进而通过第三齿轮34驱动第四齿轮35旋转；这些齿轮可采用直齿轮或斜齿轮。第四齿轮35可相对于封闭外壳40旋转设置；例如，第四齿轮35的下侧可设有旋转轴36，旋转轴36可相对于封闭外壳40旋转设置；第四齿轮35的上侧可设有限位圆环37，限位圆环37可与封闭外壳40配合，以能够相对于封闭外壳40旋转，同时阻止在轴向上的移动。所述光学测距模块10与所述第四齿轮35相对固定设置，例如光学测距模块10可直接或间接地安装在第四齿轮35上，以便随着第四齿轮35的旋转而旋转。

在此实施例的测距雷达100中，通过采用减速齿轮传动机构30作为连接驱动电机20和光学测距模块10的中间传动机构，其传动时不会出现打滑现象，并且避免了皮带传动的磨损或老化引起的失效，工作寿命更长，例如机械寿命可达到10000小时以上。

在一些实施例中，如图3和图4所示，所述第一齿轮31与所述第二齿轮33具有第一减速比，所述第三齿轮34与所述第四齿轮35具有第二减速比，所述第二减速比大于所述第一减速比；所述第二齿轮33的齿数大于所述第三齿轮34的齿数。例如，第一减速比可为1.8:1至2.2:1，第二减速比可为5:1至7:1。在一些实施例中，第一减速比可为2:1，第二减速比可为6:1，所述第二齿轮33的齿数可为第三齿轮34的齿数的两倍。在一些具体的实施例中，第一齿轮31的齿数可为10个，第二齿轮33的齿数可为20个，第三齿轮34的齿数可为10个，第四齿轮35的齿数可为60个。第四齿轮35的直径可依据光学测距模块10的尺寸进行设计，并使得第一齿轮31、第二齿轮33和第四齿轮35的直径逐渐增加。以此方式，既可获得所需的减速比，又可使得减速齿轮传动机构30的结构紧凑。

在一些实施例中，如图3和图4所示，所述减速齿轮传动机构30的减速比在9:1至15:1之间。可通过设置第一减速比和第二减速比获得减速齿轮传动机构30总体的减速比在9:1至15:1之间。例如，减速齿轮传动机构30的减速可为10:1、11:1、12:1、13:1等。以此方式，可获得光学测距模块10所需的旋转速度，进而满足光学测距模块10的工作需要。

在一些实施例中，如图3和图4所示，所述第四齿轮35的旋转轴线A1、所述输出轴21和所述传动轴32平行设置。旋转轴线A1可为旋转轴36的中心轴线，输出轴21和传动轴32均设置成围绕他们自身的中心轴线旋转。以此方式，可便于对减速齿轮传动机构30的结构设置、固定安装等。

在一些实施例中，如图1和图2所示，所述封闭外壳40设置成至少***述光学测距模块10和所述减速齿轮传动机构30。封闭外壳40可设置成相对于减速齿轮传动机构30固定不动，也可将其中的一部分设置成能够转动。通过设置封闭外壳40来收容光学测距模块10，可对光学测距模块10起到保护作用。通过设置封闭外壳40来收容减速齿轮传动机构30，可实现对减速齿轮传动机构30的全封闭设计，进而防止异物进入，减少磨损，尤其是可防止例如纤维、毛发等异物进入减速齿轮传动机构30造成的缠绕。

在一些实施例中，如图1和图2所示，所述封闭外壳40包括第一部分41和第二部分42，所述减速齿轮传动机构30设置在所述第一部分41内，所述第二部分42罩住所述光学测距模块10并且设置成能够相对于所述第一部分41转动。第二部分42可为环绕光学测距模块10并在顶部遮住光学测距模块10的结构，封闭外壳40的第二部分42之外的结构可为第一部分41；第一部分41可包括多个构件，以在组装在一起后能够收容减速齿轮传动机构30，并罩住减速齿轮传动机构30的未能被第二部分42罩住的其他部分。第二部分42可安装在光学测距模块10上，以能够随着光学测距模块10一起转动。

在其他实施例中，封闭外壳40整体可设置成相对于减速齿轮传动机构30固定不动；其中，封闭外壳40的对应光学测距模块10的部分可为透光部分，以使光学测距模块10发射的探测光束和接收的反射光束可以通过所述透光部分。通过将封闭外壳40设置成完整的封闭式外壳，从而使得测距雷达100可以防水防尘，能够在恶劣环境下运行。

在一些实施例中，如图1至图4所示，所述测距雷达100为激光雷达。例如，所述光学测距模块10的光发射组件可构造为诸如激光二极管的激光发射器，其可发射测距所用的激光脉冲。所述激光发射器发射的脉冲激光可为高频率的脉冲激光，例如可以为1kHz以上的脉冲激光。可以理解的是，在其他实施方式中，还可以使用其它能够发射光线的装置作为光发射组件。

在一些实施例中，如图2所示，所述测距雷达100还可包括第一电路板11、旋转平台12、无线供电发射线圈51、无线供电接收线圈52和第二电路板53。所述第一电路板11可承载所述光学测距模块10并电连接所述光学测距模块10。所述光学测距模块10也可安装在所述旋转平台12上，所述第四齿轮35可与所述旋转平台12连接，用于驱动所述旋转平台12带动光学测距模块10旋转。所述旋转平台12用于作为支撑结构，从而能够将光学测距模块10安装在其上。另外，前述的第一电路板11可实施成所述旋转平台12，或是固定在所述旋转平台12上。第二电路板53可固定设置在第一部分41内。无线供电发射线圈51可固定设置，并且可电连接第二电路板53。所述无线供电接收线圈52可电连接第一电路板11。所述第二电路板53可以控制所述无线供电发射线圈51产生电磁场，使得所述无线供电发射线圈51与所述无线供电接收线圈52产生电感耦合，所述无线供电接收线圈52可以将电磁能转化为电能，并将电能提供给所述光学测距模块10。所述无线供电接收线圈52可安装成相对于光学测距模块10固定，从而其可与光学测距模块10一同转动；所述无线供电接收线圈52可实施为旋转轴36；或者是与旋转轴36相结合，以随旋转轴36一起旋转。测距雷达100还可包括轴承54，轴承54设置在第一部分41内，用于使旋转轴36稳定旋转。

在一些实施例中，如图2所示，所述旋转平台12上设有光电开关13，所述测距雷达100还包括编码盘14。所述光电开关13与所述编码盘14配合以检测所述旋转平台12的转动速度与角度。例如，所述光电开关13可为槽型光电开关，所述编码盘14可为光栅盘。具体应用时，所述光电开关13相对于所述编码盘14旋转，并且他们之间构成角度采集单元，主要功能为采集旋转角度。所述编码盘14可设置成固定不动；所述光电开关13可固定在旋转平台12上，并且与第一电路板11连接。所述光电开关13可随着所述旋转平台12的转动而转动，所以可以在光电开关13中形成电信号方波信号，送入第一电路板11后由内嵌算法计算出角度。

在一些实施例中，如图2所示，所述第一电路板11可连接空心轴15，所述空心轴15围绕第四齿轮35的旋转轴线A1，用于提供光信号传输通道。以此方式，可以实现将运动中的光学测距模块10的数据通过光通信原理同轴传输到要求的目标地上，其可360度采集数据不受线缆干扰。

本实用新型实施例还提供一种移动机器人，该移动机器人包括上述任一实施例提供的测距雷达100。所述移动机器人可以是扫地机器人、拖地机器人或吸尘机器人等的任意一种，在此不作限定。

综上所述，本实用新型实施例的测距雷达100可采用减速齿轮传动机构30替代现有的皮带传动，再结合无刷电机形式的驱动电机20，可增加传动部分的寿命。而且，由于测距雷达100整体可以设计成封闭的，因此对减速齿轮传动机构30的防护效果较好。

需要说明的是，本实用新型的说明书及其附图中给出了本实用新型的较佳的实施方式，但是，本实用新型可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施方式，这些实施方式不作为对本实用新型内容的额外限制，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施方式，均视为本实用新型说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种测距雷达，其特征在于，包括：

光学测距模块；

驱动电机，所述驱动电机包括输出轴；和

减速齿轮传动机构，所述减速齿轮传动机构包括第一齿轮、传动轴、第二齿轮、第三齿轮和第四齿轮；

其中，所述第一齿轮安装在所述输出轴上，所述第二齿轮和所述第三齿轮均安装在所述传动轴上，所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合，所述第三齿轮与所述第四齿轮啮合；并且，所述光学测距模块与所述第四齿轮相对固定设置。

2.根据权利要求1所述的测距雷达，其特征在于：

所述第一齿轮与所述第二齿轮具有第一减速比，所述第三齿轮与所述第四齿轮具有第二减速比，所述第二减速比大于所述第一减速比；所述第二齿轮的齿数大于所述第三齿轮的齿数。

3.根据权利要求1所述的测距雷达，其特征在于：

所述减速齿轮传动机构的减速比在9:1至15:1之间。

4.根据权利要求1所述的测距雷达，其特征在于：

所述第四齿轮的旋转轴线、所述输出轴和所述传动轴平行设置。

5.根据权利要求1所述的测距雷达，其特征在于：

所述测距雷达还包括封闭外壳，所述封闭外壳至少***述光学测距模块和所述减速齿轮传动机构。

6.根据权利要求5所述的测距雷达，其特征在于：

所述封闭外壳包括第一部分和第二部分，所述减速齿轮传动机构设置在所述第一部分内，所述第二部分罩住所述光学测距模块并且设置成能够相对于所述第一部分转动。

7.根据权利要求1所述的测距雷达，其特征在于：

所述驱动电机为无刷电机。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的测距雷达，其特征在于：

所述测距雷达为激光雷达。

9.一种移动机器人，其特征在于，包括根据权利要求1-8中任一项所述的测距雷达。

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