本實(shí)用新型屬于激光測(cè)距領(lǐng)域，尤其涉及一種移動(dòng)機(jī)器人及其激光測(cè)距系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

移動(dòng)機(jī)器人在移動(dòng)過(guò)程中，需要感知四周墻壁或者障礙物體，利用激光測(cè)距儀探測(cè)與墻壁或者障礙物的距離以進(jìn)行自身定位，糾正預(yù)定的工作路徑，為獲取最優(yōu)的工作路徑進(jìn)行導(dǎo)航。

公知地，激光測(cè)距儀是以激光器作為光源、對(duì)本地與目標(biāo)點(diǎn)之間的距離進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定的儀器。激光測(cè)距儀在工作時(shí)，由其內(nèi)部的激光器在本地向目標(biāo)點(diǎn)發(fā)出一束很細(xì)的激光，由其內(nèi)部的光電元件在本地接收目標(biāo)點(diǎn)反射的激光束，并由其內(nèi)部的計(jì)時(shí)器測(cè)定激光束從發(fā)射到接收的時(shí)間，進(jìn)而計(jì)算出本地與目標(biāo)點(diǎn)之間的距離。具體來(lái)說(shuō)，如果光以速度c在空氣中傳播，在本地A與目標(biāo)點(diǎn)B之間往返一次所需時(shí)間為t，則A、B兩點(diǎn)之間的距離D可表示為：D=ct/2。由該式可知，只需測(cè)量時(shí)間t，便可得到距離D。

現(xiàn)有技術(shù)中，根據(jù)時(shí)間t的測(cè)量方式的不同，激光測(cè)距儀又可分為脈沖式激光測(cè)距儀和相位式激光測(cè)距儀。該兩種激光測(cè)距儀雖然測(cè)距原理簡(jiǎn)單，但為了獲得較高的測(cè)距精度，其對(duì)硬件要求很高，使得現(xiàn)有的激光測(cè)距儀的體積大、成本高。而對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人，為了能準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位，往往需在移動(dòng)機(jī)器人上安裝多套激光測(cè)距儀，以測(cè)定移動(dòng)機(jī)器人與周圍障礙物之間的距離，因而現(xiàn)有技術(shù)提供的體積大、設(shè)計(jì)復(fù)雜度高且成本高的激光測(cè)距儀并不適用于移動(dòng)機(jī)器人的測(cè)距。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種移動(dòng)機(jī)器人的激光測(cè)距系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)提供的激光測(cè)距儀由于體積大、成本高、設(shè)計(jì)復(fù)雜度高等原因，不適用移動(dòng)機(jī)器人的問(wèn)題。

本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種移動(dòng)機(jī)器人的激光測(cè)距系統(tǒng)，包括設(shè)置在移動(dòng)機(jī)器人頂部并向目標(biāo)點(diǎn)發(fā)出激光束的激光器，所述系統(tǒng)還包括：

設(shè)置在所述移動(dòng)機(jī)器人頂部的激光接收裝置，所述激光接收裝置又包括鏡頭和圖像傳感器，所述圖像傳感器到所述激光器內(nèi)激光發(fā)射點(diǎn)的方向與所述激光器的出射光的方向垂直；

通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接所述激光接收裝置的第一直流電機(jī)；

連接所述第一直流電機(jī)，控制所述第一直流電機(jī)帶動(dòng)所述激光接收裝置旋轉(zhuǎn)并當(dāng)所述圖像傳感器輸出的電壓信號(hào)最大時(shí)記錄所述圖像傳感器對(duì)激光束相應(yīng)的接收角度以得到所述激光器與所述目標(biāo)點(diǎn)之間的距離的數(shù)據(jù)處理控制器；

連接所述第一直流電機(jī)和所述數(shù)據(jù)處理控制器，向所述第一直流電機(jī)和所述數(shù)據(jù)處理控制器供電的電源管理單元。

所述激光接收裝置還可包括：置于所述鏡頭表面的濾光鏡片。

所述系統(tǒng)還可包括：連接所述數(shù)據(jù)處理控制器和所述電源管理單元的無(wú)線收發(fā)單元，所述無(wú)線收發(fā)單元是藍(lán)牙模塊、WIFI模塊、或3G模塊。

所述系統(tǒng)還可包括：連接所述數(shù)據(jù)處理控制器和所述電源管理單元的人機(jī)交互單元；連接所述數(shù)據(jù)處理控制器和所述電源管理單元的紅外線收發(fā)器。

此時(shí)，所述系統(tǒng)還可包括：剛性臂軸，所述激光器固定在所述剛性臂軸的一端，所述激光接收裝置固定在所述剛性臂軸的另一端，所述圖像傳感器到所述激光器內(nèi)激光發(fā)射點(diǎn)的方向與所述剛性臂軸的軸心方向平行。

此時(shí)，所述系統(tǒng)還可包括：轉(zhuǎn)軸，所述轉(zhuǎn)軸安裝在所述剛性臂軸中心位置，所述轉(zhuǎn)軸的內(nèi)部容置有所述第一直流電機(jī)，所述轉(zhuǎn)軸的內(nèi)部還容置有帶動(dòng)所述剛性臂軸在所述激光器、所述目標(biāo)點(diǎn)與所述接收裝置所在的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的第二直流電機(jī)。

此時(shí)，所述系統(tǒng)還可包括：連接所述轉(zhuǎn)軸的空心底座；所述數(shù)據(jù)處理控制器、所述電源管理單元置于所述空心底座內(nèi)，所述人機(jī)交互單元嵌入在所述空心底座的外表面。

上述移動(dòng)機(jī)器人的激光測(cè)距系統(tǒng)中，所述圖像傳感器可以是CMOS傳感器。

本實(shí)用新型的另一目的在于提供一種移動(dòng)機(jī)器人，包括頂臺(tái)，所述移動(dòng)機(jī)器人還包括如上所述的移動(dòng)機(jī)器人的激光測(cè)距系統(tǒng)，所述激光測(cè)距系統(tǒng)封裝于一封閉殼體內(nèi)，所述封閉殼體固定在所述頂臺(tái)的表面。

本實(shí)用新型提供的移動(dòng)機(jī)器人的激光測(cè)距系統(tǒng)除了包括激光器外，還增加了激光接收裝置以及通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接激光接收裝置的第一直流電機(jī)，利用激光器、激光接收裝置與目標(biāo)點(diǎn)形成的三角形關(guān)系，得到激光器與目標(biāo)點(diǎn)之間的距離。相對(duì)于現(xiàn)有的脈沖式激光測(cè)距儀和相位式激光測(cè)距儀，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、處理速度快、測(cè)量范圍和精度都可達(dá)到要求，因而特別適用于移動(dòng)機(jī)器人的測(cè)距。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的移動(dòng)機(jī)器人的激光測(cè)距系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖；

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的移動(dòng)機(jī)器人的激光測(cè)距系統(tǒng)的一種結(jié)構(gòu)圖；

圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的移動(dòng)機(jī)器人的激光測(cè)距系統(tǒng)的另一種結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；

圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的移動(dòng)機(jī)器人的激光測(cè)距系統(tǒng)的另一種結(jié)構(gòu)的俯視圖；

圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例二提供的移動(dòng)機(jī)器人的激光測(cè)距系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖；

圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例三提供的移動(dòng)機(jī)器人的立體圖。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。

本實(shí)用新型提供的移動(dòng)機(jī)器人的激光測(cè)距系統(tǒng)除了包括激光器外，還增加了激光接收裝置以及通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接激光接收裝置的第一直流電機(jī)，利用激光器、激光接收裝置與目標(biāo)點(diǎn)形成的三角形關(guān)系，得到激光器與目標(biāo)點(diǎn)之間的距離。

圖1示出了本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的移動(dòng)機(jī)器人的激光測(cè)距系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理。

本實(shí)用新型實(shí)施例一中，移動(dòng)機(jī)器人的激光測(cè)距系統(tǒng)包括：設(shè)置在移動(dòng)機(jī)器人頂部并向目標(biāo)點(diǎn)C發(fā)出激光束的激光器1；設(shè)置在移動(dòng)機(jī)器人頂部并接收經(jīng)目標(biāo)點(diǎn)C反射的激光束的激光接收裝置2，激光接收裝置2又包括鏡頭21和圖像傳感器22，鏡頭21和圖像傳感器22相互平行，該系統(tǒng)還包括：通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接激光接收裝置2的第一直流電機(jī)3；連接第一直流電機(jī)3，控制第一直流電機(jī)3帶動(dòng)激光接收裝置2旋轉(zhuǎn)并當(dāng)圖像傳感器22輸出的電壓信號(hào)最大時(shí)記錄圖像傳感器22對(duì)激光束相應(yīng)的接收角度、進(jìn)而結(jié)合激光器1內(nèi)激光發(fā)射點(diǎn)與圖像傳感器22之間的距離以及激光器1、激光接收裝置2和目標(biāo)點(diǎn)C構(gòu)成的三角形的三角函數(shù)關(guān)系得到激光器1與目標(biāo)點(diǎn)C之間的距離的數(shù)據(jù)處理控制器4；連接第一直流電機(jī)3和數(shù)據(jù)處理控制器4，向第一直流電機(jī)3和數(shù)據(jù)處理控制器4供電的電源管理單元5。

本實(shí)用新型實(shí)施例一中，第一直流電機(jī)3可在測(cè)距過(guò)程中，直接帶動(dòng)激光接收裝置2連續(xù)或間歇旋轉(zhuǎn)360°，也可以在進(jìn)行測(cè)距前對(duì)激光接收裝置2的測(cè)量角度范圍進(jìn)行校準(zhǔn)，以得到一最佳測(cè)量角度范圍，并在進(jìn)行測(cè)距時(shí)，由第一直流電機(jī)3帶動(dòng)激光接收裝置2在最佳測(cè)量角度范圍內(nèi)連續(xù)或間歇旋轉(zhuǎn)。

本實(shí)用新型實(shí)施例一中，激光器1優(yōu)選是能夠輸出近似650nm波長(zhǎng)的激光的激光器。圖像傳感器22優(yōu)選是互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS）傳感器，該CMOS傳感器可接收近似650nm波長(zhǎng)的激光，并能輸出與接收到的激光能量強(qiáng)弱成正比例關(guān)系的電壓信號(hào)。

本實(shí)用新型實(shí)施例一中，激光接收裝置2還可包括：置于鏡頭21表面的濾光鏡片（未示出），用于濾除干擾光，提高系統(tǒng)測(cè)量準(zhǔn)確度。

本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的移動(dòng)機(jī)器人的激光測(cè)距系統(tǒng)還可包括：連接數(shù)據(jù)處理控制器4和電源管理單元5的人機(jī)交互單元6。人機(jī)交互單元6接收用戶輸入的控制指令，并顯示數(shù)據(jù)處理控制器4得到的激光器1與目標(biāo)點(diǎn)C之間的距離。其中的控制指令可以是用以完成對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作控制的各類操作指令，例如，可以是控制系統(tǒng)測(cè)距開(kāi)始或停止的指令、控制系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)的指令等。此時(shí)，電源管理單元5還用于向人機(jī)交互單元6供電。

在實(shí)際應(yīng)用中，用戶除直接通過(guò)人機(jī)交互單元6輸入各類操作指令外，還可利用外部遙控器輸入操作指令。此時(shí)，移動(dòng)機(jī)器人的激光測(cè)距系統(tǒng)還可包括一連接數(shù)據(jù)處理控制器4和電源管理單元5的紅外線收發(fā)器（未示出）。紅外線收發(fā)器基于紅外通信協(xié)議，接收外部遙控器發(fā)送的各類指令，并由數(shù)據(jù)處理控制器4對(duì)紅外線收發(fā)器接收到的各類指令進(jìn)行解析處理，以方便用戶使用。

本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的移動(dòng)機(jī)器人的激光測(cè)距系統(tǒng)還可包括：連接數(shù)據(jù)處理控制器4和電源管理單元5的無(wú)線收發(fā)單元7。無(wú)線收發(fā)單元7通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)處理控制器4得到的激光器1與目標(biāo)點(diǎn)C之間的距離發(fā)送到其它電子設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)功能拓展。其中，無(wú)線收發(fā)單元7可以是藍(lán)牙模塊、WIFI模塊、3G模塊等。此時(shí)，電源管理單元5還用于向無(wú)線收發(fā)單元7供電。

實(shí)際應(yīng)用中，如圖2所示，該移動(dòng)機(jī)器人的激光測(cè)距系統(tǒng)還可包括：剛性臂軸8，激光器1固定在剛性臂軸8的一端，激光接收裝置2固定在剛性臂軸8的另一端，并使得圖像傳感器22到激光器1內(nèi)激光發(fā)射點(diǎn)的方向與剛性臂軸8的軸心方向平行；安裝在剛性臂軸8中心位置的轉(zhuǎn)軸9，轉(zhuǎn)軸9的內(nèi)部容置有上述的第一直流電機(jī)3，轉(zhuǎn)軸9的內(nèi)部還容置有第二直流電機(jī)（未示出），第二直流電機(jī)用于根據(jù)數(shù)據(jù)處理控制器4輸出的第二旋轉(zhuǎn)指令，帶動(dòng)剛性臂軸8在激光器1、目標(biāo)點(diǎn)C與激光接收裝置2所在的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步地，結(jié)合圖3和圖4所示，該移動(dòng)機(jī)器人的激光測(cè)距系統(tǒng)還可包括：連接轉(zhuǎn)軸9的空心底座10。此時(shí)，上述的數(shù)據(jù)處理控制器4、電源管理單元5、無(wú)線收發(fā)單元7、紅外線收發(fā)器均可置于空心底座10內(nèi)，上述的人機(jī)交互單元6嵌入在空心底座10的外表面。

本實(shí)用新型實(shí)施例一中，若圖像傳感器22到激光器1內(nèi)激光發(fā)射點(diǎn)的方向與激光器1的出射光的方向垂直，則假設(shè)接收角度是α，激光器1內(nèi)激光發(fā)射點(diǎn)與圖像傳感器22之間的距離是d，激光器1與目標(biāo)點(diǎn)C之間的距離D可表示為：D=d*tanα。

圖5示出了本實(shí)用新型實(shí)施例二提供的移動(dòng)機(jī)器人的激光測(cè)距系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理。

實(shí)施例二在實(shí)施例一基礎(chǔ)上，還包括：通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接激光器1，在數(shù)據(jù)處理控制器4的控制下帶動(dòng)激光器1旋轉(zhuǎn)的第三直流電機(jī)11，以向任意位置的目標(biāo)點(diǎn)C發(fā)出激光束。此時(shí)，數(shù)據(jù)處理控制器4還用于記錄激光器1到目標(biāo)點(diǎn)C的方向與圖像傳感器22到激光器1內(nèi)激光發(fā)射點(diǎn)的方向之間的夾角，并根據(jù)該夾角、第一實(shí)施例中的接收角度、以及預(yù)存的激光器1內(nèi)激光發(fā)射點(diǎn)與圖像傳感器22之間的距離，得到激光器1與目標(biāo)點(diǎn)C之間的距離，完成測(cè)距功能。此時(shí)，電源管理單元5還用于向第三直流電機(jī)11供電。實(shí)施例二中，移動(dòng)機(jī)器人的激光測(cè)距系統(tǒng)的其它部分及各部分功能實(shí)施例一所述，不贅述。

假設(shè)數(shù)據(jù)處理控制器4記錄的夾角是β，接收角度是α，激光器1內(nèi)激光發(fā)射點(diǎn)與圖像傳感器22之間的距離是d，則激光器1與目標(biāo)點(diǎn)C之間的距離D可表示為：D=d*sinα*sinβ/sin(180°-α-β)。

圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例三提供的移動(dòng)機(jī)器人的立體圖。

詳細(xì)地，移動(dòng)機(jī)器人10包括頂臺(tái)，還包括如實(shí)施例一或?qū)嵤├龅募す鉁y(cè)距系統(tǒng)，該激光測(cè)距系統(tǒng)封裝于一封閉殼體12內(nèi)，封閉殼體12固定在頂臺(tái)的表面。封閉殼體12對(duì)激光測(cè)距系統(tǒng)起到保護(hù)和支撐的作用，同時(shí)美化了移動(dòng)機(jī)器人10的外觀。

本實(shí)用新型提供的移動(dòng)機(jī)器人的激光測(cè)距系統(tǒng)除了包括激光器外，還增加了激光接收裝置以及通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接激光接收裝置的第一直流電機(jī)，利用激光器、激光接收裝置與目標(biāo)點(diǎn)形成的三角形關(guān)系，得到激光器與目標(biāo)點(diǎn)之間的距離。相對(duì)于現(xiàn)有的脈沖式激光測(cè)距儀和相位式激光測(cè)距儀，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、處理速度快、測(cè)量范圍和精度都可達(dá)到要求，因而特別適用于移動(dòng)機(jī)器人的測(cè)距。

以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。