激光雷达装置以及机器人的制作方法

1.本实用新型属于雷达检测技术领域，尤其涉及一种激光雷达装置以及机器人。


背景技术：

2.目前，机器人上使用的激光雷达多数采用三角法进行扫描检测待检测物体，能够检测得到待检测物体的位置距离信息，然后根据所得到的位置进行绘制物理地图。但是，目前的激光雷达无法扫描检测出待检测物体的表面的颜色，继而也就无法在物理地图中体现出待检测物体的表面的颜色。也就是说，目前，通过激光雷达扫描检测待检测物体而绘制得到的物理地图，只能用黑白颜色表示待检测物体的距离信息，而无法呈现待检测物体的颜色信息，图形层次感差。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种激光雷达装置以及机器人，旨在解决目前的激光雷达无法扫描检测出待检测物体的表面的颜色，导致扫描检测得到的图像层次感差的问题。
4.为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种激光雷达装置，包括：平台；转盘，转盘可转动地装配于平台；动力机构，动力机构安装于平台，动力机构驱动转盘转动；激光器结构，激光器结构安装于转盘，激光器结构发射激光照射至待检测物体上；滤光结构，滤光结构装配于平台，滤光结构对从待检测物体反射回来的激光进行光谱过滤；感光芯片，感光芯片安装于转盘，感光芯片接收被滤光结构过滤后的反射光。
5.可选地，滤光结构包括滤光盘和驱动齿轮构件，滤光盘可转动地装配于转盘，滤光盘上周向地设置有多个滤光片，驱动齿轮构件装配于平台，驱动齿轮构件的转动轴线与转盘的转动轴线同轴，转盘带动驱动齿轮构件相对于平台转动，驱动齿轮构件带动滤光盘相对于转盘转动，并且驱动齿轮构件的转动轴线与滤光盘的转动轴线相互垂直；或者，滤光结构包括滤光盘、驱动齿轮构件以及电机组件，滤光盘可转动地装配于转盘，滤光盘上周向地设置有多个滤光片，驱动齿轮构件可转动地装配于转盘或平台，电机组件安装于转盘或平台，电机组件与驱动齿轮构件驱动连接，驱动齿轮构件的转动轴线与转盘的转动轴线同轴，驱动齿轮构件与滤光盘传动连接，驱动齿轮构件的转动轴线与滤光盘的转动轴线相互垂直。
6.可选地，驱动齿轮构件与滤光盘的传动比为1：n，其中，n为整数且n≥3。
7.可选地，激光雷达装置还包括支架，支架固定安装于转盘，激光器结构、滤光盘以及感光芯片均装配于支架，滤光盘位于激光器机构与感光芯片之间。
8.可选地，激光器结构包括激光发射器，激光发射器偏置安装，以使激光发射器的出光与待检测物体之间的连线与感光芯片与待检测物体之间的连线成夹角β。
9.可选地，激光器结构还包括角度调节机构，激光发射器通过角度调节机构装配于支架，角度调节机构用于调节夹角β的大小。
10.可选地，夹角β的角度值范围是：7
°
≤β＜90
°
。
11.可选地，激光雷达装置还包括镜筒结构，镜筒结构固定安装于支架，镜筒结构位于感光芯片与滤光盘之间。
12.可选地，动力机构包括马达和传动皮带，马达安装于平台，马达与转盘之间通过传动皮带传动连接。
13.根据本实用新型的另一方面，提供了一种机器人。具体地，该机器人包括如前述的激光雷达装置。
14.本实用新型至少具有以下有益效果：
15.应用该激光雷达装置对待检测物体进行扫描检测，激光器结构发射出激光照射到待检测物体上并反射激光，然后反射回来的激光经过滤光结构进行光谱过滤，由于待检测物体的表面发射回来的激光光线包含了待检测物体的表面颜色的波长光，经过滤光结构过滤后将各种对应颜色的波长光过滤后透射至感光芯片上，感光芯片将相应颜色的波长光转换成相应的电压信号，从而识别待检测物体的表面颜色，这样，感光芯片就能够处理得到与待检测物体的形状以及表面颜色相同的检测图像，使得检测得到的图像更加附有层次感。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本实用新型实施例的激光雷达装置的俯视结构示意图；
18.图2为图1示出的激光雷达装置的左视图；
19.图3为本实用新型实施例的激光雷达装置的滤光盘的结构示意图。
20.其中，图中各附图标记：
21.10、平台；20、转盘；30、动力机构；31、马达；32、传动皮带；40、激光器结构；41、激光发射器；42、角度调节机构；50、滤光结构；51、滤光盘； 511、滤光片；52、驱动齿轮构件；60、感光芯片；70、支架；80、镜筒结构；100、待检测物体。
具体实施方式
22.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
23.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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。
24.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
性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
25.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
26.如图1和图2所示，本实用新型实施例的激光雷达装置包括平台10、转盘 20、动力机构30、激光器结构40、滤光结构50和感光芯片60。平台10作为整个激光雷达装置的支撑框架，将转盘20可转动地装配于平台10，并将动力机构 30与转盘20并列地安装于平台10，动力机构30驱动转盘20转动。然后，将激光器结构40固定安装于转盘20，滤光结构50装配于平台10，感光芯片60 安装于转盘20。利用激光雷达装置进行扫描检测的过程中，激光器结构40用于发射激光照射至待检测物体100上，从待检测物体100反射回来的激光被滤光结构50进行光谱过滤，感光芯片60接收被滤光结构50过滤后的反射光。
27.应用该激光雷达装置对待检测物体100进行扫描检测，激光器结构40发射出激光照射到待检测物体100上并反射激光，然后反射回来的激光经过滤光结构50进行光谱过滤，由于待检测物体100的表面发射回来的激光光线包含了待检测物体100的表面颜色的波长光，经过滤光结构50过滤后将各种对应颜色的波长光过滤后透射至感光芯片60上，感光芯片60将相应颜色的波长光转换成相应的电压信号，从而识别待检测物体100的表面颜色，这样，感光芯片60就能够处理得到与待检测物体100的形状以及表面颜色相同的检测图像，使得检测得到的图像更加附有层次感。
28.该激光雷达装置还设置有控制模块，动力机构30、激光器结构40以及感光芯片60分别与控制模块电性连接，具体地，通过在转盘20上进行印刷电路，然后通过导线分别与动力机构30、激光器结构40以及感光芯片60连接。通过在控制模块中输入对应参数，从而实现对动力机构30、激光器结构40以及感光芯片60实现自动控制、自动调节等自动化操作。
29.在本实施例中，滤光结构50包括滤光盘51和驱动齿轮构件52，滤光盘51 可转动地装配于转盘20，驱动齿轮构件52装配于平台10。如图3所示，滤光盘51上周向地设置有多个滤光片511，各个滤光片511对应不同颜色的波长光，从而将对应颜色的波长光从对应的滤光片511通过并透射至感光芯片60上。在应用该激光雷达装置对待检测物体100进行扫描检测的过程中，转盘20带动驱动齿轮构件52相对于平台10转动，驱动齿轮构件52的转动轴线与转盘20的转动轴线同轴，也就是说，动力机构30驱动转盘20转动，然后转盘20带动驱动齿轮构件52转动，具体地，转盘20与驱动齿轮构件52之间设置有增速的传动结构，使得驱动齿轮构件52相对于平台10的转速大于转盘20相对于平台10 的转速。然后，驱动齿轮构件52带动滤光盘51相对于转盘20转动，并且驱动齿轮构件52的转动轴线与滤光盘51的转动轴线相互垂直。在本实施例的激光雷达装置中，驱动齿轮构件52相对于转盘20的转速绝对值等于转盘20相对于平台10的转速绝对值，驱动齿轮构件52与滤光盘51的传动比为1：n，其中， n为整数且n≥3，也就是，驱动齿轮构件52以增速传动的方式带动滤光盘51 转动。具体地，在本实施例中，驱动齿轮构件52与滤光盘51的传动比为1：3，保证了感光芯片60相对于平台10
每转动1
°
则滤光盘51上的滤光片511有三个经过了感光芯片60，也就是有三种对应颜色的波长光被过滤后透射至感光芯片60而转换为对应的电压信号，达到检测待检测物体100的表面颜色的波长光的目的。
30.在另一可行的实施方式中，滤光结构50不仅包括有滤光盘51和驱动齿轮构件52，为了使驱动齿轮构件52相对于转盘20转动，因此，滤光结构50还包括有电机组件(未图示)，该电机组件可以安装于转盘20并与驱动齿轮构件52 驱动连接，或者，该电机组件也可以安装于平台10并与驱动齿轮构件52驱动连接。具体地，电机组件由电机和传动齿轮组构成，电机输出的动力通过传动齿轮组减速后传递至驱动齿轮构件52使其转动；或者，也可以是电机组件仅为电机，此时则是电机直接驱动驱动齿轮构件52转动。与上述实施方式相同地，滤光盘51可转动地装配于转盘20，滤光盘51上周向地设置有多个滤光片511。而在该实施方式中，驱动齿轮构件52可以是可转动地装配于转盘20，也可以是可转动地装配于平台10，并且，驱动齿轮构件52的转动轴线与转盘20的转动轴线同轴(当驱动齿轮构件52可转动地装配于平台10时，驱动齿轮构件52穿过转盘20的中心，并且相互之间不发生运动干涉)。驱动齿轮构件52与滤光盘51传动连接，驱动齿轮构件52的转动轴线与滤光盘51的转动轴线相互垂直。当驱动齿轮构件52装配于转盘20时，驱动齿轮构件52相对于转盘20的转速绝对值等于转盘20相对于平台10的转速绝对值；当驱动齿轮构件52装配于平台10时，驱动齿轮构件52相对于平台10的转速绝对值等于转盘20相对于平台10的转速绝对值，并且，滤光盘51随转盘20相对于平台10的转动并不影响驱动齿轮构件52与滤光盘51之间的传动。驱动齿轮构件52与滤光盘51的传动比为1：n，其中，n为整数且n≥3，也就是，驱动齿轮构件52以增速传动的方式带动滤光盘51转动。具体地，在本实施例中，驱动齿轮构件52与滤光盘51的传动比为1：3，保证了感光芯片60相对于平台10每转动1
°
则滤光盘51上的滤光片511有三个经过了感光芯片60，也就是有三种对应颜色的波长光被过滤后透射至感光芯片60而转换为对应的电压信号，达到检测待检测物体 100的表面颜色的波长光的目的。
31.滤光盘51上设有标志位，可通过制作凸起或凹陷来作为标志位，利用标志为来指示哪个滤光片511对应800nm～850nm的波长光。感光芯片60感应光线的开关频率，需要与滤光盘51上的滤光片511的变换频率匹配。每帧开启时，对应波长的光线刚好通过相应的滤光片511而照射到感光芯片60上；每帧数据关闭时，光线打到滤光盘51的不透光部分。
32.颜色信息：940nm波长光被感应转换的电压值分别减去其他波长光感应转换的电压值，差值最大的即为该帧对应波长光的待检测物体100的表面的颜色。扫描检测过程中，感光芯片60输出对应的波长光转换成的电压信息，通过查波长，可以得到待检测物体100的表面的颜色。如：940nm波长光感应转换的电压减去750nm波长光感应转换的电压为最大差值，则该帧对应的待检测物体100 的表面的颜色为红色。另外，对于待检测物体100的表面为镜面及待检测物体 100为金属物体，各波长的反射光都很强，可作为特例单独判定。
33.如图1所示，在本实施例的激光雷达装置中，动力机构30包括马达31和传动皮带32，马达31安装于平台10，通过马达31提供旋转动力(转盘20进行转动所需的动力以及驱动齿轮构件52进行转动所需的动力)，马达31与转盘20之间通过传动皮带32传动连接。
34.如图1和图2所示，激光雷达装置还包括支架70，支架70固定安装于转盘 20，激光器结构40、滤光盘51以及感光芯片60均装配于支架70，利用支架70 将激光器结构40与感光芯片60之间的距离固定下来，滤光盘51位于激光器机构与感光芯片60之间。
35.如图1所示，激光器结构40包括激光发射器41，激光发射器41偏置安装，以使激光发射器41的出光与待检测物体100之间的连线与感光芯片60与待检测物体100之间的连线成夹角β。夹角β的角度值范围是：7
°
≤β＜90
°
。例如，夹角β为8
°
左右时，激光发射器41发射的激光能够照射到10米到15米之间的待检测物体100的表面上，然后激光被待检测物体100反射回来进入滤光片511被过滤，继而过滤得到对应颜色的波长光透射至感光芯片60而转换为对应的电压信号。通过调节确定夹角β的角度值，就能够计算得出待检测物体 100与激光发射器41之间的距离，以及能够计算得出待检测物体100与感光芯片60之间的距离。
36.在本实施例中，激光发射器41采用多光谱激光器进行装配，以发射多光谱光线进行照射待检测物体100的表面。多光谱激光器发射光线，照射到待检测物体100的表面，反射回来的光线经过滤光盘51上的滤光片511进行滤光，然后照射到感光芯片60上。
37.进一步地，激光器结构40还包括角度调节机构42，角度调节机构42用于调节夹角β的大小。具体装配时，将激光发射器41通过角度调节机构42装配于支架70。通过角度调节机构42对激光发射器41相对于感光芯片60的夹角β的大小，从而能够适应不同距离的待检测物体100进行扫描检测。具体地，角度调节机构42由调节电机、减速传动结构和连接轴构成，调节电机、减速传动结构和连接轴均装配在平台10上，并且调节电机与控制模块电性连接，调节电机驱动减速传动结构转动，继而减速传动结构带动连接轴转动，连接轴与激光发射器41相连接，从而带动激光发射器41转动以调节激光发射器41相对于感光芯片60的夹角β的大小。
38.激光从激光发射器41发射出去照射在待检测物体100的表面上，然后激光被发射，激光在传播过程中会发生光线分散，为了使反射到感光芯片60的光线能够集中，因此，如图1和图2所示，激光雷达装置还包括镜筒结构80，通过镜筒结构80对从滤光片511透射出来的光线进行聚光，使得光线能够更集中地照射到感光芯片60上，以转换电压信号。装配时，镜筒结构80固定安装于支架70，镜筒结构80位于感光芯片60与滤光盘51之间。具体地，镜筒结构80 包括筒壳和若干透镜，若干透镜装配在筒壳内，从滤光片511透射出的光线经过若干透镜折射传播而实现聚光，然后出射至感光芯片60上。
39.根据本实用新型的另一方面，提供了一种机器人(未图示)。具体地，该机器人包括如前述的激光雷达装置。具体地，本实用新型提供的机器人可以是居家使用的清洁机器人，如扫地机器人或拖地机器人，也可以是酒店或餐厅使用的配送机器人，以及其他应用场景下的机器人，在此不做限定。通过应用本实用新型实施例提供的激光雷达装置装配在机器人上进行测绘并建立物理地图，从而扫描测绘得到具有较强颜色层次的物理地图，方便使用者进行分析参照。例如扫地机器人，在对室内客厅进行扫描检测以绘制物理地图时，由于采用本实用新型实施例提供的激光雷达装置进行扫描检测，因此，能够通过颜色呈现出客厅内茶几、沙发以及其他座椅的摆放位置，而这些家具在长时间的生活使用过程中是会被移动的，由于扫描绘制的物理地图中通过颜色呈现了这些家具，从而在扫地机器人中进行分析，使得机器人下一次在对这些区域进行扫描检测的时候进行对比分析，然后判断这些区域是否进行清扫清洁。
40.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。