激光雷达系统及自主移动设备的制作方法

1.本技术涉及激光雷达领域，特别是涉及一种激光雷达系统及应用该激光雷达系统的自主移动设备。


背景技术：

2.随着ai的高速发展，越来越多的自主移动设备应用在大型商场，医院，工厂等场所，以代替人的工作。其中，自主移动设备能够感知外部环境并可与外部环境进行交互，是自主移动设备能够自主移动并执行任务的基础。目前，自主移动设备大多是通过单线激光雷达、多线激光雷达、图像传感器等传感器来感知外部环境，来满足障物识别和定位等自主性需求。
3.但是，目前基于单线激光达、多线激光达、图像传感器等传感器对外部环境进行感知的方案，均存在一定缺陷。例如，基于图像传感器的感知方案，运算复杂度较高，实时性低。基于单线或多线激光雷达的感知方案，在空间理解能力有一定限度。现有雷达方案一般为单点的tof(time of flight，飞行时间)传感器进行360
°
旋转，或者使用多个面阵的tof传感器拼接实现自主移动设备的快速定位和建图，如此，自主移动设备需要设置旋转部件，整体结构复杂，成本较高，且易造成设备损坏。
4.因此，有必要针对自主移动设备提供一种新的感知方案。


技术实现要素：

5.针对上述技术中存在的不足之处，本技术提供了一种激光雷达系统及自主移动设备。
6.本技术实施例提供了一种激光雷达系统，包括激光传感器和反射器件，所述激光传感器包括激光发射阵列，所述反射器件位于所述激光发射阵列的激光光路上；所述反射器件的反射面朝向激光发射阵列的发光面；所述反射器件的反射面与所述激光发射阵列的发光面成预设角度，所述预设角度大于0且小于90度。
7.在一种可能的实现方式中，所述反射器件为光学元件，所述光学元件包括至少一个反射面。
8.在一种可能的实现方式中，所述至少一个反射面构造成圆锥面或棱锥面。
9.在一种可能的实现方式中，所述激光传感器为面阵激光传感器。
10.在一种可能的实现方式中，所述激光传感器为飞行时间激光传感器。
11.在一种可能的实现方式中，所述激光发射阵列构成直线型、圆弧型或圆环型发射阵列。
12.在一种可能的实现方式中，所述激光发射阵列形成为至少两个同心的圆环型发射阵列，所述至少两个圆环型发射阵列具有不同的半径。
13.在一种可能的实现方式中，所述激光传感器还包括信息采集模块，所述信息采集模块与所述发光面位于所述反射器件的同一侧，且所述信息采集模块与所述发光面大致平
行或共面。
14.在一种可能的实现方式中，所述激光雷达系统还包括信息处理模块，所述信息处理模块与所述信息采集模块电性连接，所述信息处理模块基于所述信息采集模块采集到的环境信息执行处理操作。
15.本技术实施例还提供了一种自主移动设备，包括设备本体，还包括如上任一项所述的激光雷达系统，所述激光雷达系统与所述设备本体电性连接。
16.本技术的有益效果是：本技术提供的激光雷达系统及自主移动设备，由于激光发射阵列的发光面和反射器件的反射面成预设角度，即反射器件的反射面相对于激光发射阵列的发光面呈倾斜设置，使得仅通过一激光发射阵列即可360度地采集环境信息，从而有利于实现快速定位和/或建图、快速识别障碍物信息等处理操作，相比传统的激光雷达方案，结构简单，成本较低。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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技术的一些实施例，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。其中：
18.图1是本技术实施例中的自动移动设备的结构示意图；
19.图2是本技术实施例中的激光雷达系统的结构示意图。
具体实施方式
20.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图，对本技术的具体实施方式做详细的说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本技术，而非对本技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本技术相关的部分而非全部结构。基于本技术中的实施例，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它实施例，都属于本技术保护的范围。
21.本技术中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
22.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
23.参见图1所示，本技术实施例提供了一种自主移动设备，该自主移动设备包括：设备本体3和激光雷达系统(未标示)。激光雷达系统设置在设备本体3上，激光雷达系统与设备本体3电性连接。激光雷达系统可以基于激光的发射和接收来采集环境信息并向设备本体3传递环境信息，设备本体3可以基于接收到的环境信息来实现各种处理操作，例如定位和/或建图、识别障碍物信息等。
24.本实施例的自主移动设备可以是任何能够在其作业环境中高度自主地进行空间移动的机械设备，例如，可以是无人车、无人机、机器人等。其中，自主移动设备可以是清扫型机器人、其它服务型机器人等各类机器人。清扫型机器人是指能够在其作业环境中自主执行清扫任务的机器人，包括扫地机器人、擦玻璃机器人等。其它服务型机器人是指能够在其作业环境中自主移动并提供非清扫服务的机器人，包括空气净化机器人、家庭陪护机器人、迎宾机器人等。
25.根据自主移动设备实现形态的不同，自主移动设备的形状也会有所不同。本实施例并不限定自主移动设备的形态，以自主移动设备的外轮廓形状为例，自主移动设备的外轮廓形状可以是不规则形状，也可以是规则形状。例如，自主移动设备的外轮廓形状可以是圆形、椭圆形、方形、三角形、水滴形或d形等规则形状。相应地，规则形状之外的称为不规则形状，例如人形机器人的外轮廓、无人车的外轮廓以及无人机的外轮廓等属于不规则形状。
26.激光雷达系统包括激光传感器2和反射器件1，激光传感器2包括激光发射阵列21。反射器件1位于激光发射阵列21的激光光路上。反射器件1的反射面11朝向激光发射阵列21的发光面。反射器件1的反射面11与激光发射阵列21的发光面成预设角度，预设角度大于0且小于90度。
27.反射器件1的反射面11与激光发射阵列21的发光面成角度的设置，使得经由激光发射阵列21发出的光通过反射器件1发生光路的转向并四周发散，能够实现360
°
的激光发散和收集，有利于更有效地感知作业环境。可见，激光发射阵列21不需要旋转即可获得360
°
的环境信息。
28.本技术实施例提供的自主移动设备，由于激光发射阵列21的发光面和反射器件1的反射面11成预设角度，即反射器件1的反射面11相对于激光发射阵列21的发光面呈倾斜设置，使得仅通过一固定设置的激光发射阵列21即可360度地采集环境信息，从而有利于实现快速定位和/或建图、快速识别障碍物信息等处理操作，相比采用传统的激光雷达方案，结构简单，成本较低。
29.在一实施例中，激光雷达系统设于设备本体3的上部。在一种可能的实现方式中，激光发射阵列21可以设置在设备本体3内部，反射器件2可以部分地伸出设备本体3的顶面，从而激光发射阵列21发射的激光经由反射器件1发生光路的转向并向四周发散，即通过设置于设备本体3内部的激光发射阵列可以360度地采集设备本体3外部的环境信息，从而有利于实现快速定位和/或建图、快速识别障碍物信息等处理操作。
30.在一实施例中，激光发射阵列21发射与设备本体3所在平面垂直的第二方向的激光，激光发射阵列21发射的第二方向的激光经由反射器件2反射后形成第一方向的激光。即，激光发射阵列21可以将垂直方向的激光反射形成水平方向的激光。本实施例的自主移动设备仅通过一激光发射阵列21和一反射器件就实现了将垂直方向发射的激光旋转成水平方向的全向激光，使得自主移动设备的结构更加简单，由于不需要使用旋转部件，可以使自主移动设备的整体结构更加可靠，寿命更长。
31.在一种可能的实现方式中，反射器件1为光学元件，光学元件包括至少一个反射面11。在一实施例中，光学元件的至少一个反射面11构造成圆锥面或棱锥面。例如，相对于激光发射阵列21的发光面倾斜设置的反射面11形成围绕一中心线的圆锥面，或相对于激光发射阵列21的发光面倾斜设置的3个、4个或更多个的反射面11构成三棱锥、四棱锥或更多棱
锥面。如此，激光发射阵列21发出的光经过光学元件可形成360
°
的全向发散。
32.在一实施例中，光学元件可以是透镜、反射镜等具有光反射功能的元件。
33.在一种可能的实现方式中，激光传感器2为面阵激光传感器。面阵激光传感器采集到的环境信息不仅包含方向和距离信息，还加入了物体表面的反射率信息，辅以三维场景下的深度学习技术，能实现环境要素的认知能力。当激光线数较多且较密时，由反射率信息构成的数据可以视为一种纹理信息，可以从中获取具有匹配和识别价值的环境特征，具有较强的环境辨识能力，在一定程度上可以享受视觉算法和纹理信息带来的优势。另外，面阵激光传感器还有以下优势：1)面阵激光传感器具有固态化、低成本化、小型化优势；2)面阵激光传感器在安装使用时不需要旋转部件，可以大大压缩传感器的结构和尺寸，提高使用寿命，并降低成本；3)面阵激光传感器的视角可以调节，可适配不同自主移动设备，有利于加快扫描速度与精度；4)面阵激光传感器可以同时采集水平和竖直方向上的环境信息，可以建成3d地图，有利于提高基于地图的定位、导航规划等功能的准确性。
34.在一种可能的实现方式中，激光传感器2为飞行时间激光传感器。
35.参见图2所示，激光传感器2还包括信息采集模块22，信息采集模块22与发光面位于反射器件1的同一侧，且信息采集模块22与发光面大致平行或共面。
36.飞行时间激光传感器2的工作原理是：激光发射阵列21经其前方的光学元件向外发射光源，发射出的光源在到达物体表面后，一部分反射回来并经信息采集模块22前方的光学元件形成图像上的像素点。而由于物体表面到返回点的距离不同，其反射光飞行时间(tof)不同，通过对反射光飞行时间的测量，每个像素点就可获得独立的距离信息。飞行时间激光传感器2的探测范围可以达到百米以上。另外，面阵激光传感器2的信息采集模块22还可以采集周围环境的图像，实现百万像素级别的分辨率的快速3d成像，其成像频率在每秒30帧以上。
37.在一种可能的实现方式中，激光发射阵列21构成直线型、圆弧型或圆环型发射阵列。激光发射阵列21能够发射出圆环状激光并经由反射器件1反射后形成水平环状激光网，从而能够均匀地散射到四周，进而也能通过信息采集模块22快速采集到周围的图像。
38.在一种可能的实现方式中，激光发射阵列21形成为至少两个同心的圆环型发射阵列，至少两个圆环型发射阵列具有不同的半径。两个以上的发射阵列发射的激光经由反射器件1反射后能够在空间上形成三维圆环状激光网。
39.激光雷达系统还包括信息处理模块(未图示)，信息处理模块与信息采集模块22电性连接，信息处理模块基于信息采集模块22采集到的环境信息执行处理操作，例如信息处理模块可以基于环境信息进行快速定位和/或建图、识别障碍物信息等。
40.在一种可能的实现方式中，激光雷达系统可不包括信息处理模块，信息处理模块设置在自主移动设备的设备本体3内部，激光雷达系统采集到的环境信息可发送给信息处理模块，信息处理模块对采集到的环境信息进行处理。
41.结合图1、图2所示，本技术实施例提供一种激光雷达系统。激光雷达系统包括激光传感器2和反射器件1，激光传感器2包括激光发射阵列21。反射器件1位于激光发射阵列21的激光光路上。反射器件1的反射面11朝向激光发射阵列21的发光面。反射器件1的反射面11与激光发射阵列21的发光面成预设角度，预设角度大于0且小于90度。
42.反射器件1的反射面11与激光发射阵列21的发光面成角度的设置，使得经由激光
发射阵列21发出的光通过反射器件1发生光路的转向并四周发散，能够实现360
°
的激光发散和收集，有利于更有效地感知作业环境。可见，本技术实施例的激光发射阵列21不需要旋转即可获得360
°
的环境信息。
43.本技术实施例提供的激光雷达系统，由于激光发射阵列21的发光面和反射器件1的反射面11成预设角度，即反射器件1的反射面11相对于激光发射阵列21的发光面呈倾斜设置，使得仅通过一固定设置的激光发射阵列21即可360度地采集环境信息，从而有利于实现快速定位和/或建图、快速识别障碍物信息等处理操作，相比传统的激光雷达方案，结构简单，成本较低。
44.在一种可能的实现方式中，反射器件1为光学元件，光学元件包括至少一个反射面11。在一实施例中，光学元件的至少一个反射面11构造成圆锥面或棱锥面。例如，相对于激光发射阵列21的发光面倾斜设置的反射面11形成围绕一中心线的圆锥面，或相对于激光发射阵列21的发光面倾斜设置的3个、4个或更多个的反射面11构成三棱锥、四棱锥或更多棱锥面。如此，激光发射阵列21发出的光经过光学元件可形成360
°
的全向发散。
45.在一实施例中，光学元件可以是透镜、反射镜等具有光反射功能的元件。
46.在一种可能的实现方式中，激光传感器2为面阵激光传感器。面阵激光传感器采集到的环境信息不仅包含方向和距离信息，还加入了物体表面的反射率信息，辅以三维场景下的深度学习技术，能实现环境要素的认知能力。当激光线数较多且较密时，由反射率信息构成的数据可以视为一种纹理信息，可以从中获取具有匹配和识别价值的环境特征，具有较强的环境辨识能力，在一定程度上可以享受视觉算法和纹理信息带来的优势。另外，面阵激光传感器还有以下优势：1)面阵激光传感器具有固态化、低成本化、小型化优势；2)面阵激光传感器在安装使用时不需要旋转部件，可以大大压缩传感器的结构和尺寸，提高使用寿命，并降低成本；3)面阵激光传感器的视角可以调节，可适配不同自主移动设备，有利于加快扫描速度与精度；4)面阵激光传感器可以同时采集水平和竖直方向上的环境信息，可以建成3d地图，有利于提高基于地图的定位、导航规划等功能的准确性。
47.在一种可能的实现方式中，激光传感器2为飞行时间激光传感器。
48.参见图2所示，激光传感器2还包括信息采集模块22，信息采集模块22与发光面位于反射器件1的同一侧，且信息采集模块22与发光面大致平行或共面。
49.飞行时间激光传感器2的工作原理是：激光发射阵列21经其前方的光学元件向外发射光源，发射出的光源在到达物体表面后，一部分反射回来并经信息采集模块22前方的光学元件形成图像上的像素点。而由于物体表面到返回点的距离不同，其反射光飞行时间(tof)不同，通过对反射光飞行时间的测量，每个像素点就可获得独立的距离信息。飞行时间激光传感器2的探测范围可以达到百米以上。另外，面阵激光传感器2的信息采集模块22还可以采集周围环境的图像，实现百万像素级别的分辨率的快速3d成像，其成像频率在每秒30帧以上。
50.在一种可能的实现方式中，激光发射阵列21构成直线型、圆弧型或圆环型发射阵列。激光发射阵列21能够发射出圆环状激光并经由反射器件1反射后形成水平环状激光网，从而能够均匀地散射到四周，进而也能通过信息采集模块22快速采集到周围的图像。
51.在一种可能的实现方式中，激光发射阵列21形成为至少两个同心的圆环型发射阵列，至少两个圆环型发射阵列具有不同的半径。两个以上的发射阵列发射的激光经由反射
器件1反射后能够在空间上形成三维圆环状激光网。
52.激光雷达系统还包括信息处理模块(未图示)，信息处理模块与信息采集模块22电性连接，信息处理模块基于信息采集模块22采集到的环境信息执行处理操作，例如信息处理模块可以基于环境信息进行快速定位和/或建图、识别障碍物信息等。
53.在一种可能的实现方式中，激光雷达系统可不包括信息处理模块，激光雷达系统采集到的环境信息可发送给其他设备，例如自主移动设备，由其他设备对采集到的环境信息进行处理。
54.本技术实施例提供的激光雷达系统及自主移动设备，由于激光发射阵列21的发光面和反射器件1的反射面11成预设角度，即反射器件1的反射面11相对于激光发射阵列21的发光面呈倾斜设置，使得仅通过一激光发射阵列21即可360度地采集环境信息，从而有利于实现快速定位和/建图、快速识别障碍物信息等操作，相比传统的激光雷达方案，结构简单，成本较低。
55.以上所述仅为本技术的实施方式，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。