本实用新型涉及激光探测技术领域，特别是涉及一种激光雷达装置。
背景技术：
目前，常常需要在移动机器人和AGV(Automated Guided Vehicle，自动导引运输车)上安装激光雷达装置，以通过激光雷达装置来获得小车或机器人周围障碍物的位置等障碍物信息，进而使得小车或机器人可以根据障碍物的位置等障碍物信息来智能躲避障碍物。
但是，目前的激光雷达装置大多是在装置内的步进电机的带动下，在水平方向进行360度转动。并且，由于这些激光雷达装置大多采用点激光器，因而，这些激光雷达装置只能对：在同一水平高度的各个水平方向进行障碍物扫描，也就是，只能采集得到在该水平高度的障碍物的二维数据，而难以采集到障碍物在竖直方向的深度距离信息(即高度数据)，即难以采集到在第三个维度上的数据。另外，目前能够采集障碍物在竖直方向(即第三个维度上)的深度距离信息的激光雷达装置，是通过高速扫描振镜来获得障碍物的深度距离信息的，但是高速扫描振镜成本较高，难以满足大批量使用需求。
技术实现要素：
本实用新型实施例的目的在于提供一种激光雷达装置，以能够采集障碍物的三维数据并且制造成本低廉。
为了达到上述目的，本实用新型实施例提供了一种激光雷达装置，该装置可以包括：面阵相机、激光器、曲柄摇杆机构、转动角度测量器和驱动机构；
面阵相机和激光器固定在曲柄摇杆机构中的摇杆上；面阵相机的光轴和激光器的光轴相交；
曲柄摇杆机构中的曲柄的一端与驱动机构连接；摇杆的一端与转动角度测量器同轴安装；
驱动机构用于驱动曲柄转动，曲柄带动曲柄摇杆机构中的连杆转动，连杆带动摇杆转动；摇杆带动面阵相机、激光器和转动角度测量器的转轴转动。
可选地，该激光雷达装置还可以包括：箱体；箱体上开有第一视窗和第二视窗；面阵相机和激光器固定在箱体内部；
激光器通过第一视窗向箱体外发射激光；面阵相机通过第二视窗接收光线；面阵相机和激光器通过箱体固定在摇杆上。
可选地，在本实用新型实施例中，箱体上开有孔；箱体通过开孔嵌套在转动角度测量器的转轴上。
可选地，面阵相机的光轴和激光器的光轴所形成的夹角为10～20度。
可选地，面阵相机和激光器之间的距离为50～100毫米。
可选地，转动角度测量器为：光电编码器或角度传感器。
可选地，激光器为：点激光器或线激光器。
可选地，摇杆带动面阵相机和激光器在竖直方向转动。
可选地，曲柄的长度、摇杆的长度和激光器在竖直方向的扫描角度θ满足数学关系：
曲柄的长度/摇杆的长度＝sin(θ/2)；θ的取值范围为10～40度。
可选地，激光器为：发射红外波的激光器。
在本实用新型实施例中，激光雷达装置包括面阵相机和激光器，由于面阵相机的光轴和激光器的光轴相交，因而激光器发射出的激光遇到障碍物后，障碍物反射的激光能够被面阵相机接收到，从而能够获得障碍物的二维数据。另外，激光器是固定在曲柄摇杆机构的摇杆上的，而摇杆会在驱动机构驱动曲柄转动时进行转动。摇杆在转动过程中，激光器的位置发生了变化，因而激光器发出的激光能够在第三个维度上进行扫描。进而可以基于激光三角测距法测量激光器到障碍物的距离，并根据该距离以及激光器转动的角度来计算障碍物在第三个维度的数据，从而可以获得障碍物的三维数据。而且，本实用新型实施例提供的激光雷达装置不需要使用高成本的高速扫描振镜来实现激光器在第三个维度上的扫描来获得第三个维度上的数据，制造成本低廉。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种本实用新型提供的激光雷达装置的结构示意图；
图2为另一种本实用新型提供的激光雷达装置的结构示意图；
图3为又一种本实用新型所提供激光雷达装置的结构示意图；
图4为图1至图3中激光器发出的激光，以及该激光被障碍物反射至面阵相机101的放大示意图；
其中，图1-图4中各附图标记和组件名称之间的对应关系为：
100箱体、101面阵相机、102激光器、100a内壁、100b内壁、100c内壁、100d内壁；
200曲柄摇杆机构、OA曲柄、AC连杆、CD摇杆；
300转动角度测量器、转轴D；
400驱动机构。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型实施例提供了一种激光雷达装置。
为了便于本领域技术人员更好地理解本实用新型实施例提供的激光雷达装置，现结合图1，对本实用新型实施例提供的激光雷达装置进行说明。
参见图1，本实用新型实施例提供的激光雷达装置可以包括：
面阵相机101、激光器102、曲柄摇杆机构200、转动角度测量器300和驱动机构400；
面阵相机101和激光器102固定在曲柄摇杆机构200中的摇杆CD上(其中，图1中未示出面阵相机101和激光器102直接固定在摇杆CD上的固定方式)；面阵相机101的光轴和激光器102的光轴相交；
曲柄摇杆机构200中的曲柄OA的一端O端与驱动机构400连接；摇杆CD的一端D端与转动角度测量器300同轴安装；
驱动机构400用于驱动曲柄OA转动，曲柄OA带动曲柄摇杆机构200中的连杆AC转动，连杆AC带动摇杆CD转动；摇杆CD带动面阵相机101、激光器102和转动角度测量器300的转轴D转动。
可以理解的是，摇杆CD的D端可以设置有开孔，且该开孔与转轴D同轴安装。
在本实用新型实施例中，激光雷达装置包括面阵相机和激光器，由于面阵相机的光轴和激光器的光轴相交，因而激光器发射出的激光遇到障碍物后，障碍物反射的激光能够被面阵相机接收到，从而能够获得障碍物的二维数据。
另外，激光器是固定在曲柄摇杆机构的摇杆上的，而摇杆会在驱动机构驱动曲柄转动时进行转动。其中，驱动机构可以驱动曲柄转动，曲柄转动过程中带动连杆转动，连杆转动过程中带动摇杆转动。摇杆在转动过程中，激光器的位置发生了变化，因而激光器发出的激光能够在第三个维度上进行扫描。其中，激光雷达装置可以对激光扫描到的障碍物进行检测。
进而，可以基于激光三角测距法测量激光器到障碍物的距离，并根据该距离以及激光器转动的角度来计算障碍物在第三个维度的数据，从而可以获得障碍物的三维数据。而且，本实用新型实施例提供的激光雷达装置不需要使用高成本的高速扫描振镜来实现激光器在第三个维度上的扫描来获得第三个维度上的数据，制造成本低廉。也就是，采用曲柄摇杆机构扫描取代高速振镜机构或者360度旋转机构扫描，使用机械运动扫描取代了光机扫描，极大地降低了激光雷达装置的制造成本。
举例而言，可以按照如图1所示的方式将激光器雷达装置安装在AGV(Automated Guided Vehicle，自动导引运输车)车顶上，此时激光雷达装置在车顶上呈现如图1所示的状态(即O点与D点在一条直线上，且O点与D点所在直线与车顶所在的平面平行)，该种情况下可以计算激光器到障碍物的水平距离，再根据激光器到障碍物的水平距离、转轴的转动角度和激光雷达装置的安装高度，计算障碍物的深度距离信息(即第三维度的数据)。
其中，激光器雷达装置安装在AGV(Automated Guided Vehicle，自动导引运输车)上的高度可以由本领域技术人员根据实际情况进行设定，在此不做详述。另外，激光器雷达装置还可以通过一个封装壳体对图1所示激光器雷达装置进行封装。该封装壳体开有壳体视窗，激光器可通过该壳体视窗向外发射激光，面阵相机可通过该壳体视窗接收光线。
其中，本领域技术人员可以根据实际情况来设定激光器雷达装置在AGV等设备上安装方式，在此不做详述。另外，转动角度测量器300可以为光电编码器或角度传感器，具体是使用光电编码器还是角度传感器，可以由本领域技术人员根据实际情况来选择。
需要说明的是，具有一个曲柄和一个摇杆的铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。通常，曲柄为主动件且等速转动，而摇杆为从动件作变速往返摆动，连杆作平面复合运动。
另外，本实用新型实施例提供的激光雷达装置还可以包括箱体；该箱体上可以开有第一视窗和第二视窗。面阵相机和激光器可以固定在该箱体内部，并且，该面阵相机和激光器通过该箱体间接固定在摇杆上。其中，该激光器可以通过第一视窗向箱体外发射激光。该面阵相机可以通过第二视窗接收光线。该第一视窗和第二视窗可以为同一个视窗，也可以是不同的两个视窗，这都是合理的。
其中，箱体可以为正方体的箱体，当然也可以为长方体的箱体和球型的箱体，当然并不局限于此。下面以为正方体的箱体为示例，对本实用新型实施例提供的激光雷达装置进行详细说明。
为了清晰说明，先结合图2对本实用新型实施例提供的箱体100、激光器102和面阵相机101进行说明。
参见图2，箱体具体可以为正方体的箱体100。其中，图2中仅示出了为正方体的箱体100的剖面示意图。该为正方体的箱体100可以有6面内壁，图2中仅示出了内壁100a、内壁100b、内壁100c和内壁100d。
为了使激光器102向箱体100外发射出的激光照射到障碍物时，反射的激光能够进入到面阵相机101，可以将面阵相机101和激光器102均安装在箱体100的内壁100b上，并且保证安装后的面阵相机101的光轴和激光器102的光轴相交。
其中，为了使激光器102能向箱体100外发射激光，可以在箱体100内壁100b中与激光器102的激光发射口对应的位置处设置一个第一视窗，从而，激光器102可以通过该第一视窗向箱体100外发射激光。
另外，为了使面阵相机101可以接收来自箱体100外的光线，可以在箱体100内壁100b中与面阵相机101的光线接收口对应的位置处设置一个第二视窗，从而，面阵相机101可以通过该第二视窗接收障碍物反射回来的激光。
这样，使得本实用新型实施例提供的激光雷达装置可以通过面阵相机101获得发射回来的激光的成像位置，并获得激光器102发射激光的角度，以及面阵相机101和激光器102之间的距离，然后可以利用激光三角测距法，计算出激光器到障碍物的距离。具体地，本实用新型实施例提供的激光雷达装置还可以包括信息处理系统，并可以通过该信息处理系统计算出激光器到障碍物的距离等信息，这是合理的。其中，激光三角测距法为现有算法，在此不做详述。
其中，箱体100上还可以设置有开孔，箱体100可以通过该开孔嵌套在转动角度测量器300的转轴D上，实现箱体100与转动角度测量器300的同轴安装，使得箱体100与转动角度测量器300在摇杆CD的带动下进行同轴转动。
发明人发现，当将面阵相机101和激光器102之间的距离设置为50～100毫米，计算得到的激光器到障碍物的水平距离较为准确。另外，当保证安装后的面阵相机101的光轴和激光器102的光轴所形成的夹角为10～20度时，计算得到的激光器到障碍物的水平距离也较为准确。
值得说明的是，目前能够采集竖直方向的深度距离信息的激光雷达装置，在通过高速扫描振镜来获得障碍物的深度距离信息的过程中，需要通过激光相位测距法来测量激光器到障碍物的水平距离。而由于激光相位测距法的计算复杂度要远高于三角测距法，因而，现有技术中的该种激光雷达装置的计算成本是高于本实用新型实施例提供的激光雷达装置的计算成本的。也就是说，本实用新型实施例提供的激光雷达装置的计算成本较低。
下面，结合图1至图3对本实用新型实施例提供的激光雷达装置获得障碍物的深度距离信息的工作原理进行说明。
参见图1至图3可知，在本实用新型实施例中，将曲柄摇杆机构200中的摇杆CD固定在100的箱体100的一个面上。其中，该固定面为：与图1至图3的箱体100的剖面平行、箱体100的一个面。具体地，可以将摇杆CD固定在固定面对角线所在位置，例如，可以固定在如图1至图3所示的固定面对角线的CD线段位置处。当然并不局限于此。
并且，可以预先设置当曲柄OA转动得到如图1所示的位置时，箱体100转动到如图1所示的位置，此时激光器能够扫描到最低位置；设置当曲柄OA转动得到如图2所示的位置时，箱体100转动到如图2所示的位置，此时激光器能够扫描到水平位置；设置当曲柄OA转动得到如图3所示的位置时，箱体100转动到如图3所示的位置，此时激光器能够扫描到最高位置。也就是，摇杆CD能够带动面阵相机101和激光器102在竖直方向转动。
并且，图1所示位置的激光器能够扫描到最低位置，图2所示位置的激光器能够扫描到水平位置，图3所示位置的激光器能够扫描到最高位置。这样，可以使箱体100进行俯仰转动，也就是，从图1最低点扫描到图3最高点，从而得箱体100中的激光器102可以在竖直方向实现最大高度的扫描，并可以通过转动角度测量器300测量该转动角度测量器300的转轴转动的角度，即可以测量激光器102转动的角度，从而使得激光雷达装置能够采集到障碍物在竖直方向的深度距离信息。
然后，结合图1至图4对本实用新型实施例提供的激光雷达装置能够对障碍物进行三维扫描的工作原理进行说明。
可以理解的是，箱体100中安装的激光器102可以为点激光器，也可以为线激光器。其中，激光器102采用线激光器，面阵相机101采用高分辨率面阵相机时，可以通过激光器和面阵相机实现高精度二维测量。并且，当激光器和面阵相机转动时，本实用新型实施例提供的激光雷达装置可以实现对障碍物的三维扫描，从而可以获得障碍物的三维信息。进而可以实时计算障碍物的三维点坐标，根据三维点坐标可以确定远处障碍物的大小和深度信息，从而可以为路径规划和避障提供位置信息。
这是因为，可以通过线激光器102在水平方向对障碍物进行二维扫描。并且，当驱动机构400驱动曲柄OA匀速运动时，箱体100可以进行俯仰运动，这样，使得箱体100中的激光器102扫描竖直方向的障碍物，从而对竖直方向的障碍物进行立体扫描，从而实现三维扫描，进而可以获得障碍物的三维信息。
其中，相对于采用点激光器而言，采用线激光器能够提高激光照射的范围，从而可以提高检测精度。其中，参见图4可知，可以设置线激光器102发出的射线所在平面与内壁100b垂直，线激光器102的光轴为图4所示的、点h1、h0和h2所在的直线。当假设经过点h2并垂直于线激光器102的光轴的水平虚线所在水平面存在障碍物时，那么，该经过点h2并垂直于线激光器102的光轴的水平虚线表示：该线激光器102在该水平高度能扫描到的障碍物的最大宽度，此时可以对障碍物进行二维扫描。进而，该虚线上的激光被障碍物反射至面阵相机101。其中，经过点h0并经过面阵相机101的直线为面阵相机101的光轴所在直线；h1所在虚线至h2所在虚线为：面阵相机101的两个视场角边缘。视场角边缘即为面阵相机101能观察到物体的最远和最近距离。
其中，可以根据图4所示的激光线路和激光三角测距法来计算激光器102到障碍物的水平距离，在此不对具体计算过程进行详述。
值得说明的是，驱动机构400具体可以设置为步进电机，该激光器102具体可以设置为发射红外波的激光器，这是合理的。其中，由于发射的红外波肉眼不可见，因而可以避免在障碍物探测过程中对人的视觉干扰。
另外，可以设置曲柄OA长度、摇杆CD的长度和激光器在竖直方向的扫描角度θ满足数学关系：曲柄的长度/摇杆的长度＝sin(θ/2)；该θ的取值范围为10～40度，此时，可以使摇杆CD在俯仰方向实现匀速摆动。其中，激光器在竖直角度的扫描角度是指：激光器与转轴D所在直线与垂直地面的垂线所形成的锐角。
还需要说明的是，在对障碍物进行三维扫描后，还可以通过三维构建算法，计算出小车或VGA的三维坐标。当然，并不局限于此。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。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、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。