一種直驅(qū)小型旋轉(zhuǎn)掃描測距裝置的制造方法
【專利摘要】本申請一種直驅(qū)小型旋轉(zhuǎn)掃描測距裝置，包括旋轉(zhuǎn)探測外殼、紅外光發(fā)射模塊、光電測距模塊、底部、驅(qū)動電機，驅(qū)動電機與旋轉(zhuǎn)探測外殼連接，直接驅(qū)動旋轉(zhuǎn)探測外殼相對于底部不斷旋轉(zhuǎn)，紅外光發(fā)射模塊發(fā)出紅外探測光，該紅外探測光遇到被測物體后被反射，光電測距模塊收到反射回的紅外探測光，基于飛行時間法計算得到所述直驅(qū)小型旋轉(zhuǎn)掃描測距裝置與被測物體之間的距離。本申請通過驅(qū)動電機直接驅(qū)動旋轉(zhuǎn)探測外殼旋轉(zhuǎn)，解決了現(xiàn)有技術(shù)占用體積大，旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定的問題，并且采用飛行時間法計算距離，使得結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，且可以測到15m處的被測物體。
【專利說明】
一種直驅(qū)小型旋轉(zhuǎn)掃描測距裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本申請涉及一種光電測距裝置，尤其涉及一種基于飛行時間(Time of Flight，簡稱T0F)法的直驅(qū)小型旋轉(zhuǎn)掃描測距裝置，進一步地，采用驅(qū)動電機直接驅(qū)動測距裝置旋轉(zhuǎn)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，常見的光學(xué)測距方法為三角測距法。采用三角測量法時，計算得到的距離值精度不均勻，并且對遠距離范圍的測量隨角度誤差增大，計算距離精度大幅下降。在三角測距法中，需要將激光光源與測距單元設(shè)置成具有一定的角度與距離且處于同一平面內(nèi)的支撐結(jié)構(gòu)，這樣就限制了結(jié)構(gòu)的設(shè)計，使得測距裝置的體積較大。目前常見的三角測距法的裝置，測量距離小，只有6-7m。
[0003]另外，在現(xiàn)有技術(shù)中，多采用傳動帶的結(jié)構(gòu)驅(qū)動測距探頭旋轉(zhuǎn)。在驅(qū)動電機上設(shè)置傳動輪，在傳動輪和測距探頭的外周套有傳動帶，驅(qū)動電機通過傳動帶，帶動測距探頭不斷旋轉(zhuǎn)。然而，傳動帶的結(jié)構(gòu)使得測距裝置占用的體積大，并且傳動帶長期使用或者經(jīng)歷高低溫環(huán)境變化之后容易老化，使用中會出現(xiàn)打滑的現(xiàn)象。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本申請基于上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種基于相位飛行時間法的小型旋轉(zhuǎn)掃描測距裝置，該小型旋轉(zhuǎn)掃描探測裝置通過電機直接驅(qū)動旋轉(zhuǎn)測距部分旋轉(zhuǎn)。
[0005]本申請?zhí)峁┮环N直驅(qū)小型旋轉(zhuǎn)掃描測距裝置，包括旋轉(zhuǎn)探測外殼、紅外光發(fā)射模塊、光電測距模塊、底部、驅(qū)動電機，該旋轉(zhuǎn)探測外殼位于底部上方，驅(qū)動電機直接驅(qū)動旋轉(zhuǎn)探測外殼相對于底部不斷旋轉(zhuǎn)，紅外光發(fā)射模塊固定于旋轉(zhuǎn)探測外殼內(nèi)部，發(fā)出紅外探測光，該紅外探測光遇到被測物體后被反射，固定于旋轉(zhuǎn)探測外殼內(nèi)部的光電測距模塊收到反射回的紅外探測光，基于飛行時間法計算得到該直驅(qū)小型旋轉(zhuǎn)掃描測距裝置與被測物體之間的距離。
[0006]進一步地，所述驅(qū)動電機為三相云臺電機。
[0007]進一步地，所述紅外光發(fā)射模塊上固定設(shè)置有紅外光源，所述紅外光源為激光光源或者為LED光源。
[0008]進一步地，所述紅外光源為LED光源，LED光源的個數(shù)為2個、4個或6個。
[0009]進一步地，所述光電測距模塊通過由紅外光發(fā)射模塊發(fā)射出的紅外探測光與由光電測距模塊接收的反射紅外光的相位差，基于飛行時間法得到所述直驅(qū)小型旋轉(zhuǎn)掃描測距裝置與被測物體之間的距離。
[0010]進一步地，所述紅外光發(fā)射模塊所發(fā)出的紅外探測光光路上設(shè)置有紅外光發(fā)射透鏡，該紅外光發(fā)射透鏡固定于旋轉(zhuǎn)探測外殼內(nèi)部;所述光電測距模塊的接收紅外光光路上設(shè)置有紅外光接收透鏡，該紅外光接收透鏡固定于旋轉(zhuǎn)探測外殼內(nèi)部。
[0011 ]進一步地，所述紅外光發(fā)射透鏡和紅外光接收透鏡為會聚透鏡。
[0012]進一步地，所述紅外光發(fā)射透鏡和紅外光接收透鏡設(shè)置有中心波長為850nm帶通濾波膜。
[0013]進一步地，其特征在于，光電測距模塊中包含測距芯片，所述測距芯片為EPC600、EPC610或EPC660。
[0014]進一步地，所述光電測距模塊包括紅外光接收傳感器，所述紅外光接收傳感器為單獨一個紅外光接收傳感器、或者為由多個獨立工作外光接收傳感器構(gòu)成的平面陣列紅外光接收傳感器。
[0015]進一步地，所述紅外光接收傳感器上設(shè)置有中心波長為850nm帶通濾波片。
[0016]進一步地，所述直驅(qū)小型旋轉(zhuǎn)掃描測距裝置用于行走機器人、掃地機器人、無人機，或智能機器移動設(shè)備對周圍環(huán)境的掃描探測。
[0017]本申請所提供的一種直驅(qū)小型旋轉(zhuǎn)掃描測距裝置，通過基于飛行時間法測量距離，使得紅外光發(fā)射模塊與光電測距模塊不需要固定的角度要求，使得結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，占用空間小，而且可以測到15m處的被測物體;另外，通過驅(qū)動電機直接驅(qū)動旋轉(zhuǎn)探測外殼旋轉(zhuǎn)，提高了電機驅(qū)動效率，避免采用傳動帶驅(qū)動時所出現(xiàn)的打滑現(xiàn)象，使得旋轉(zhuǎn)探測外殼旋轉(zhuǎn)更穩(wěn)定，同時也進一步減小旋轉(zhuǎn)掃描測距裝置的體積。
【附圖說明】

[0018]圖1是本申請一種直驅(qū)小型旋轉(zhuǎn)掃描測距裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2是本申請一種直驅(qū)小型旋轉(zhuǎn)掃描測距裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖3是本申請一種直驅(qū)小型旋轉(zhuǎn)掃描測距裝置工作光路示意圖。
【具體實施方式】
[0021]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。本申請中的“第一”、“第二”等是用于區(qū)別類似的對象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應(yīng)該理解這樣使用的數(shù)據(jù)在適當(dāng)情況下可以互換，以便這里描述的本申請的實施例。下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本申請。
[0022]本申請實施例提供了一種直驅(qū)小型旋轉(zhuǎn)掃描測距裝置。如附圖1-3所示，該直驅(qū)小型旋轉(zhuǎn)掃描測距裝置包括:
[0023]旋轉(zhuǎn)探測外殼100，旋轉(zhuǎn)探測外殼100上具有使光束通過的透光孔。旋轉(zhuǎn)探測外殼100內(nèi)部固定設(shè)置有紅外光發(fā)射模塊，該紅外光發(fā)射模塊集成于電路板上，電路板中具有用于紅外光發(fā)射模塊供電及控制的電路。在工作狀態(tài)下，紅外光發(fā)射模塊接收到測量指令后，在驅(qū)動電路協(xié)議下驅(qū)動紅外光發(fā)射模塊上的紅外光源400，通過調(diào)制信號的調(diào)制發(fā)出峰值波長在850nm的第一紅外探測光線，該第一紅外探測光線通過旋轉(zhuǎn)探測外殼上的第一透光孔，照射到外部需要探測的環(huán)境中。當(dāng)環(huán)境中具有障礙物等物體時，該第一紅外探測光線照射到物體上，被物體反射，得到第二紅外探測光線，該經(jīng)過物體反射的第二紅外探測光線通過旋轉(zhuǎn)探測外殼上的第二透光孔，射入旋轉(zhuǎn)探測外殼內(nèi)部。該第二紅外探測光線被固定設(shè)置于旋轉(zhuǎn)探測外殼100內(nèi)部的光電測距模塊500所接收，光電測距模塊集成于電路板上，光電測距模塊接收到第二紅外探測光，與第一紅外探測光進行比較，得到第一紅外探測光與第二紅外探測光的相位差，基于飛行時間法計算得到直驅(qū)小型旋轉(zhuǎn)掃描測距裝置和環(huán)境中物體之間的距離信息。由于采用了飛行時間法，當(dāng)其調(diào)制信號的頻率為1MHz時，可以探測到環(huán)境中距直驅(qū)小型旋轉(zhuǎn)掃描測距裝置15米處的被測物體。另外，通過控制調(diào)制信號的頻率，測量裝置的探測距離進一步擴展。
[0024]底部200，位于旋轉(zhuǎn)探測外殼100下方，當(dāng)直驅(qū)小型旋轉(zhuǎn)掃描測距裝置工作時，旋轉(zhuǎn)探測外殼相對于底部以360度不斷旋轉(zhuǎn)，對直驅(qū)小型旋轉(zhuǎn)掃描測距裝置360度范圍內(nèi)的全景環(huán)境進行掃描探測。
[0025]驅(qū)動電機300，該驅(qū)動電機直接與旋轉(zhuǎn)探測外殼固定連接，直接驅(qū)動旋轉(zhuǎn)探測外殼相對于底部200不斷以360度旋轉(zhuǎn)。其中，所述驅(qū)動電機300為三相電機，在優(yōu)選的實施例中為三相云臺電機，驅(qū)動電機與旋轉(zhuǎn)探測外殼底部固定連接，在其中的一實施例中，旋轉(zhuǎn)探測外殼底部通過螺絲固定于云臺電機的旋轉(zhuǎn)臺上。
[0026]滑環(huán)，位于三相云臺電機的空心中心轉(zhuǎn)軸處，滑環(huán)的一端與旋轉(zhuǎn)探測外殼內(nèi)部的電路板連接，另一端與外部設(shè)備聯(lián)系?；h(huán)用于對旋轉(zhuǎn)探測外殼的內(nèi)部元件進行供電，以及將旋轉(zhuǎn)探測外殼得到的距離信息傳出。
[0027]其中，紅外發(fā)光模塊上固定設(shè)置的紅外光源400為激光光源或者為發(fā)光二極管LED光源。在優(yōu)選的實施例中，光源為LED光源，個數(shù)為2個或者更多。在優(yōu)選的實施例中，紅外光發(fā)射模塊中具有4個紅外LED光源。
[0028]由于LED光源具有較大發(fā)散角，為了將LED發(fā)出的發(fā)散光會聚，以小發(fā)散角發(fā)射出旋轉(zhuǎn)探測外殼，在優(yōu)選的實施例中，還在LED發(fā)出的光路上、且在旋轉(zhuǎn)探測外殼內(nèi)部，設(shè)置有紅外光發(fā)射透鏡600，通過優(yōu)化紅外光發(fā)射透鏡600的直徑、厚度及曲率半徑，經(jīng)過紅外光發(fā)射透鏡后，第一紅外探測光的發(fā)散角減小到3度或者更小，該第一紅外探測光具有一定的橫截面積。其中，紅外光發(fā)射透鏡600為會聚透鏡。
[0029]為了將更多的被物體反射的第二紅外探測光線收集到光電測距模塊，在光電測距模塊的接收紅外光光路上設(shè)置有紅外光接收透鏡700，該紅外光接收透鏡700為會聚透鏡，將被物體反射回的第二紅外探測光聚焦到光電測距模塊上。在優(yōu)選的實施例中，紅外光接收透鏡為前后設(shè)置的兩片會聚透鏡。
[0030]在優(yōu)選的實施例中，為了減少環(huán)境光的干擾，在可選的實施例中，在紅外光發(fā)射透鏡和紅外光接收透鏡都設(shè)置有紅外光濾波膜，優(yōu)選為中心波長為850nm的帶通濾波膜，其中帶寬為44±5nm。
[0031]其中，光電測距模塊500中設(shè)置有測距芯片，在優(yōu)選的實施例中，該測距芯片為EPC600、或者為 EPC610、或者為 EPC660。
[0032]其中，光電測距模塊500包括紅外光接收傳感器，紅外光接收傳感器為單獨一個紅外光接收傳感器、或者為由多個獨立工作紅外光接收傳感器構(gòu)成的平面陣列紅外光接收傳感器。在其中的一實施例中，紅外光接收傳感器上設(shè)置有中心波長為850nm的帶通濾波片。
[0033]在該直驅(qū)小型旋轉(zhuǎn)掃描測距裝置工作時，由于旋轉(zhuǎn)探測外殼不斷旋轉(zhuǎn)，為了準確確定所探測到的距離數(shù)據(jù)是在哪個具體角度方位，確定旋轉(zhuǎn)探測外殼相對于底部的角度位置，還在直驅(qū)小型旋轉(zhuǎn)掃描測距裝置內(nèi)部設(shè)置有光電編碼盤。該光電編碼盤以旋轉(zhuǎn)探測外殼中心軸為中心，均勻固定設(shè)置。該光電編碼盤由間距相同的、以圓周形狀設(shè)置的凸起組成，所述凸起為具有一定高度和寬度的矩形凸起，其中的一個凸起與其余的凸起具有不同的寬度。該光電編碼盤可以固定設(shè)置于旋轉(zhuǎn)探測外殼的最底下的位置，隨旋轉(zhuǎn)探測外殼一起旋轉(zhuǎn)，或者該光電編碼盤固定設(shè)置于底部上方。
[0034]在其中一實施例中，直驅(qū)小型旋轉(zhuǎn)掃描測距裝置用于行走機器人、掃地機器人、或無人機，或者類似的智能機器移動設(shè)備，對周圍環(huán)境的掃描探測。
[0035]以上所述僅為本申請的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本申請，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本申請的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種直驅(qū)小型旋轉(zhuǎn)掃描測距裝置，包括旋轉(zhuǎn)探測外殼、紅外光發(fā)射模塊、光電測距模塊、底部、驅(qū)動電機，其中，所述旋轉(zhuǎn)探測外殼位于底部上方， 其特征在于，所述驅(qū)動電機直接驅(qū)動旋轉(zhuǎn)探測外殼相對于底部不斷旋轉(zhuǎn)，所述紅外光發(fā)射模塊固定于旋轉(zhuǎn)探測外殼內(nèi)部，發(fā)出紅外探測光，所述紅外探測光遇到被測物體后被反射，固定于旋轉(zhuǎn)探測外殼內(nèi)部的光電測距模塊收到反射回的紅外探測光，基于飛行時間法計算得到所述直驅(qū)小型旋轉(zhuǎn)掃描測距裝置與被測物體之間的距離。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直驅(qū)小型旋轉(zhuǎn)掃描測距裝置，其特征在于，所述驅(qū)動電機為三相云臺電機。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直驅(qū)小型旋轉(zhuǎn)掃描測距裝置，其特征在于，所述紅外光發(fā)射模塊上固定設(shè)置有紅外光源，所述紅外光源為激光光源或者為LED光源。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種直驅(qū)小型旋轉(zhuǎn)掃描測距裝置，其特征在于，所述紅外光源為LED光源，LED光源的個數(shù)為2個、4個或6個。5.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的一種直驅(qū)小型旋轉(zhuǎn)掃描測距裝置，其特征在于，所述光電測距模塊通過由紅外光發(fā)射模塊發(fā)射出的紅外探測光與由光電測距模塊接收的反射紅外光的相位差，基于飛行時間法得到所述直驅(qū)小型旋轉(zhuǎn)掃描測距裝置與被測物體之間的距離。6.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的一種直驅(qū)小型旋轉(zhuǎn)掃描測距裝置，其特征在于，所述紅外光發(fā)射模塊所發(fā)出的紅外探測光光路上設(shè)置有紅外光發(fā)射透鏡，該紅外光發(fā)射透鏡固定于旋轉(zhuǎn)探測外殼內(nèi)部;所述光電測距模塊的接收紅外光光路上設(shè)置有紅外光接收透鏡，該紅外光接收透鏡固定于旋轉(zhuǎn)探測外殼內(nèi)部。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種直驅(qū)小型旋轉(zhuǎn)掃描測距裝置，其特征在于，所述紅外光發(fā)射透鏡和紅外光接收透鏡為會聚透鏡。8.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的一種直驅(qū)小型旋轉(zhuǎn)掃描測距裝置，其特征在于，光電測距模塊中包含測距芯片，所述測距芯片為EPC600、EPC610或EPC660。9.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的一種直驅(qū)小型旋轉(zhuǎn)掃描測距裝置，其特征在于，所述光電測距模塊包括紅外光接收傳感器，所述紅外光接收傳感器為單獨一個紅外光接收傳感器、或者為由多個獨立工作外光接收傳感器構(gòu)成的平面陣列紅外光接收傳感器。10.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的一種直驅(qū)小型旋轉(zhuǎn)掃描測距裝置，其特征在于，所述直驅(qū)小型旋轉(zhuǎn)掃描測距裝置用于行走機器人、掃地機器人、無人機，或智能機器移動設(shè)備對周圍環(huán)境的掃描探測。
【文檔編號】G01S11/12GK205720649SQ201620658223
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月28日
【發(fā)明人】疏達, 曹奕, 李 遠
【申請人】北醒（北京）光子科技有限公司