激光雷达装置及无人飞行器的制作方法

1.本技术涉及激光雷达技术领域，具体而言，涉及一种激光雷达装置及无人飞行器。


背景技术：

2.激光雷达是通过发射激光束来探测目标位置、速度等特征量的雷达系统。激光雷达在无人驾驶等领域具有广泛的应用前景。现有的激光雷达装置通常需要单独的动力装置驱动反射部件旋转，从而实现扫描，从而导致体积大、重量大、能耗高。
3.目前，小型无人飞行器因体积小、灵活性高、搭载智能控制装置，已经广泛应用于航拍、救援、测绘、影视拍摄等领域。但是，由于小型无人飞行器的体积小、承载能力和能源供应能力弱，因此小型无人飞行器对激光雷达相应提出了轻量化、小体积、低功耗的需求。


技术实现要素：

4.为了解决现有的激光雷达装置对于小型无人飞行器而言，存在的功耗大、结构复杂等问题，本技术提供一种用于激光雷达装置，包括：
5.发射单元，设置于无人飞行器的机体上，用于发射探测用的第一激光束；
6.反射单元，与无人飞行器的动力装置同相连，并随无人飞行器的动力装置的转动而转动，用于对所述发射单元发出的第一激光束进行偏转；以及
7.接收单元，设置于无人飞行器的机体上，用于接收探测目标返回的、并经过所述反射单元偏转的第二激光束。
8.根据本技术的一些实施例，所述反射单元为所述动力装置上的反光区域，所述反光区域与所述动力装置的形状一致。
9.根据本技术的一些实施例，所述反射单元设置于无人飞行器的动力装置的电机转轴上和/或螺旋桨桨叶上。
10.根据本技术的一些实施例，所述反射单元包括：
11.至少一组反射镜面，其中每一个反射镜面与所述发射单元发射的第一激光束的出射方向呈不同角度。
12.根据本技术的一些实施例，所述至少一组反射镜面中的每一组反射镜面的数量包括2个、3个或4个。
13.根据本技术的一些实施例，当所述反射单元设置于无人飞行器的动力装置的电机转轴上时，所述反射单元还包括：
14.反射单元载体，用于封装所述一组反射镜面。
15.根据本技术的一些实施例，所述反射单元载体的材料为轻质透明塑料。
16.根据本技术的一些实施例，与所述接收单元与所述发射单元平行设置于无人飞行器的所述机体上。
17.根据本技术的一些实施例，与所述接收单元与所述发射单元堆叠设置于无人飞行器的所述机体上。
18.根据本技术的另一方面，还提供一种无人飞行器，包括：
19.机体；
20.动力装置，设置于所述机体上；以及
21.上述激光雷达装置，与所述动力装置相连。
22.根据本技术的一些实施例，所述反射单元设置于所述动力装置上。
23.本技术提供的用于与无人飞行器集成的激光雷达装置中，将激光雷达装置的发射镜设置于无人飞行器的动力装置的旋转轴上，通过动力装置的复用避免使用额外的动力装置来驱动反射镜旋转，减小了体积重量、降低了功耗，还可以扩大激光雷达的探测范围；发射单元和接收单元并排设置于无人飞行器的机架上，发射器发射的激光束借助反射镜面实现转向功能，由环境障碍反射的激光束同样可以通过反射镜面传递至接收单元中，从而可以最大限度的接收反射回的激光信号；此外，通过设置一组反射镜，能够实现多角度的探测，与传统激光雷达相比，结构更轻便，更加有利于提升小型无人飞行器的探测能力。
附图说明
24.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。
25.图1示出根据本技术第一示例实施例的激光雷达装置示意图；
26.图2示出根据本技术第二示例实施例的激光雷达装置示意图；
27.图3示出根据本技术第二示例实施例的激光雷达装置光线发射线路示意图。
具体实施方式
28.现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本技术将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
29.所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有这些特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方式、组元、材料、装置或操作等。在这些情况下，将不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作。
30.附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
31.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，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他步骤或单元。
32.本发明人发现，现有的flash型激光雷达系统需要非常高的发射功率，导致同样功
耗下探测距离非常有限，无法适用于低功耗约束下的探测场景。传统的机械旋转式激光雷达结构比较复杂；存在高速运动部件，需要通过电机带动高速旋转部件进而驱动反射镜转动，以达到扫描的目的；因此，存在结构重量大、功耗高等问题；而且，机械旋转激光雷达中多线激光雷达的发射、接收需要人工装调对准，体积大，难以适用于小型无人飞行器的小体积、低功耗约束下的探测场景。对于小型无人机，过重的负载和功耗，严重影响影响无人飞行器的续航能力和探测能力。
33.为了解决现有的激光雷达装置对于小型无人飞行器而言，存在的功耗大、结构复杂等问题，本技术提供了一种与无人飞行器结构相结合的激光雷达装置，将激光雷达装置的反射镜设置于无人飞行器的动力装置上，通过动力装置的复用避免使用额外的动力装置来驱动反射镜旋转，还可以扩大激光雷达的探测范围；发射单元和接收单元平行或堆叠设置于无人飞行器的机架上，发射器发射的激光束借助反射镜面实现转向功能，由环境障碍反射的激光束同样可以通过反射镜面传递至接收单元中，从而有效接收反射回的激光信号；此外，通过设置至少一组反射镜，能够实现多角度的探测，与传统激光雷达相比，结构更轻便，更加有利于提升小型无人飞行器的探测能力。
34.下面结合附图，对根据本技术的具体实施例进行详细说明。
35.图1示出根据本技术第一示例实施例的激光雷达装置平面示意图。
36.参见图1，本技术提供激光雷达装置1000用于与无人飞行器2000相集成。其中，无人飞行器2000包括机体(图中未示出)、动力装置2200。机体用于承载和连接其他各个部件，例如，机体可以是结构化的机框，对整个飞行器在结构上起到支撑作用，并耗散电机的振动，从而减小电机对控制装置等的影响，保持飞行器整机结构在飞行过程中的稳定可靠。动力装置2200设置于机体上。参见图1，动力装置2200可以是一组电机驱动的螺旋桨。其中，电机可以是有刷空心杯电机，也可以是无刷空心杯电机，本技术对此不作限制，能为无人飞行器提供飞行动力即可。
37.激光雷达装置1000包括发射单元1100、反射单元1200和接收单元1300。其中，发射单元1100用于发射探测用的第一激光束；接收单元1300用于接收探测目标返回的第二激光束。反射单元1300用于对所述发射单元1100发出的第一激光束进行偏转，从而实现对第一激光束的导向。
38.发射单元1100可以由1～4组激光发射电路构成。激光发射电路的主要元器件包括电源、垂直腔面激光发射器(vcsel)或边发射激光器(eel)、储能电容、门驱动器、开关管、pcb板等。激光器表面贴附微透镜实现激光准直，pcb板固定后，发射单元1100可以向预定方向发射准直激光束。
39.接收单元1300可以包括一定数量的激光接收电路。激光接收电路的主要元器件包括透镜、单光子雪崩二极管、多阈值比较器、时间-数字转换器等构成。激光接收电路可以接收一定角度范围内的回光。多个激光接收电路相邻布置，可以覆盖不同回光方向。激光接收电路的具体数量可以由设计视场角的大小来确定。
40.为了满足小型无人飞行器的小负载、低功耗要求，本技术提供的激光雷达装置中，发射单元1100和接收单元1300设置于无人飞行器2000的机体上。反射单元1200与无人飞行器的动力装置2200同轴设置，随动力装置2200的转动而转动。例如，反射单元1200设置于无人飞行器2000的动力装置2200的电机转轴上，借助于电机的转动，带动反射单元1200转动，
从而将发射单元1100发射的第一激光束导向目标方位。根据本技术的一些实施例，所述反射单元1200可以是所述电机转轴上的反光区域，反光区域与电机转轴的形状一致。例如，电机转轴为圆柱形，发射单元的形状可以是半圆形、扇形等。通过将反射单元1200设置于无人飞行器2000的动力装置2200上，取消了激光雷达的旋转机构；通过动力装置的复用，减轻了无人飞行器的负载、降低了功耗。
41.根据本技术的一些实施例，反射单元1200可以是至少一组反射镜面1210，设置于动力装置2200转轴的四周。其中，每一组反射镜面的数量由动力装置2200上的螺旋桨桨叶的数量来确定，例如桨叶的数量为2个、3个、4个时，反射镜面1210的数量对应为2个、3个、4个，但本技术不限于此。每一个反射镜面1210与发射单元1100发射的第一激光束的出射方向呈不同角度，即每一个反射镜面1210与发射单元1100的激光轴成不同的倾斜角度。通过调整反射镜面1210与发射的第一激光束的光路夹角，可以扩大激光雷达的探测范围。4个反射镜面互相不存在遮挡即可，本技术中对此不作限制。
42.根据本技术的一些实施例，所述接收单元1300可以与所述发射单元1100平行或堆叠设置于无人飞行器2000的所述机体2100上。例如，接收单元1300与发射单元1100可以通过粘接的方式设置于机体与动力装置相连的悬臂上。参见图1，接收单元1300与发射单元1100可以是左右相邻设置于同一个水平面，也可以前后相邻设置于同一个水平面，还可以上下堆叠地相邻设置。此时，探测目标反射的第二激光束也可以通过一组反射镜面1210进行偏转后传递至接收单元1300；接收单元1300接收探测目标返回的并经过反射单元1200偏转的第二激光束。通过平行或堆叠设置发射单元1100合伙接收单元1300，实现了反射单元1200的复用，进一步减小了尺寸和重量、降低了功耗，还可以保证返回的第二激光束可以最大限度的通过反射镜面的反射而被接收，利于更加有效地接收回波信号和环境探测。
43.根据本技术的一些实施例，所述激光雷达装置1000的反射单元1200还可以包括反射单元载体1220，用于封装所述一组反射镜面1210，例如反射单元载体1220可以是材料为轻质透明塑料的圆柱体，将一组反射镜面1210封装载其内部，从而有效地保护反射镜面并降低高转速条件下反射镜面对无人飞行器产生的阻力影响。以轻质透明塑料作为材料，可以在保证偏转激光束的同时，减轻重量，降低无人飞行器的负载。
44.图2示出根据本技术第二示例实施例的激光雷达装置示意图。
45.参见图2，根据本技术的第二实施例，无人飞行器包括机体2100和4个动力装置2200。其中，机体2100包括与动力装置2200相连的悬臂2210。每一个动力装置2200是一组电机驱动的螺旋桨，包括两片桨叶2210。根据本技术的示例实施例，
46.反射单元1200设置于桨叶2210上。根据本技术的一些实施例，所述反射单元1200可以是所述桨叶2210上的反光区域，反光区域与桨叶的形状一致。每一个反射单元1200可以包括一组个反射镜面。每一组反射镜面的数量由桨叶2210的数量来确定，例如桨叶的数量为2个、3个、4个时，反射镜面1210的数量对应为2个、3个、4个，但本技术不限于此。为了有效地保护反射镜面并降低高转速条件下反射镜面对无人飞行器产生的阻力影响，并且尽量减轻重量，桨叶2210可以采用透明材质，反射镜面可以设置于桨叶2210内部。发射单元1100和接收单元(图中未示出)可以设置于与每一个动力装置2200相连的悬臂2110上。桨叶2210在电机的驱动下旋转，进而带动反射单元1200转动，从而将发射单元1100发出的第一激光束进行偏转和导向。
47.图3示出根据本技术第二示例实施例的激光雷达装置光线发射线路示意图。
48.如图3所示，每一个发射单元1100向对应的反射单元发射第一激光束，经过反射单元的发射之后，第一激光束的方向发生改变。随桨叶转动的反射单元的反射角度不断变化，形成激光雷达的扫描视野范围。接收线路与发射线路的方向相反，在此不再赘述。
49.根据本技术的另一方面，还提供一种无人飞行器。所述无人飞行器包括：机体、动力装置和上述激光雷达装置。其中，动力装置设置于所述机体上；所述激光雷达装置的发射单元设置于无人飞行器的所述机体上；所述激光雷达装置的反射单元设置于所述动力装置相连，可以设置于电机转轴上，也可以设置于桨叶上，随动力装置的转动而转动；所述激光雷达装置的接收单元与所述发射单元平行或堆叠设置于所述机体上。
50.本技术提供的与无人飞行器集成的激光雷达装置中，将激光雷达装置的反射镜设置于无人飞行器的动力装置上，通过动力装置的复用避免使用额外的动力装置来驱动反射镜旋转，减小了体积重量、降低了功耗，还可以扩大激光雷达的探测范围；发射单元和接收单元并排设置于无人飞行器的机架上，发射器发射的激光束借助反射镜面实现转向功能，由环境障碍反射的激光束同样可以通过反射镜面传递至接收单元中，从而可以最大限度的接收反射回的激光信号；此外，通过设置一组反射镜，能够实现多角度的探测，与传统激光雷达相比，结构更轻便，更加有利于提升小型无人飞行器的探测能力。
51.以上对本技术实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本技术的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本技术的思想，基于本技术的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本技术保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。