一种激光雷达收发模组、激光雷达设备和移动机器人的制作方法

1.本实用新型涉及雷达测距技术领域，尤其涉及一种激光雷达收发模组、激光雷达设备和移动机器人。


背景技术：

2.在移动机器人领域，为了提高移动机器人的安全性能和避障能力，一般会将激光雷达设置成360
°
扫描。一般是在机器人的顶部设置雷达导航装置，具体地，雷达导航装置包括基座、旋转平台、三角激光雷达、驱动机构和传动机构，传动机构设于基座的顶部，旋转平台与传动机构连接，激光雷达安装于旋转平台，而驱动机构设置在基座底部以驱动传动机构转动并带动旋转平台旋转以带动激光雷达实现360
°
扫描。同时，三角激光雷达的收发部件之间的间距越大，测距越精准。但是，目前雷达导航装置的结构设计，会使得移动机器人具有较高的高度和较大的体型，这使得移动机器人难以进入低矮的空间中工作。


技术实现要素：

3.本实用新型实施例的目的之一是提供一种激光雷达收发模组，以解决现有雷达导航装置收发部件之间间距较大、雷达导航装置体型较大的问题。
4.为实现上述目的，本实用新型实施例采用的技术方案如下：
5.一种激光雷达收发模组，包括：
6.固定支架，所述固定支架设有光传递通道；
7.激光发射模块，所述激光发射模块安装于所述固定支架，以用于发射激光；
8.接收模块，所述接收模块包括光接收件和至少一块偏转镜片；所述偏转镜片设于所述光传递通道内，以用于将障碍物反射至所述光传递通道内的反射光偏转至所述光接收件。
9.在一种可能的实施方式中，所述光接收件包括感光传感器，所述感光传感器和所述激光发射模块设于所述反射光光路的同侧；
10.或者，所述光接收件包括感光传感器，所述感光传感器和所述激光发射模块分设于所述反射光光路的相对两侧。
11.在一种可能的实施方式中，所述偏转镜片的偏转面为平面或者为曲面或者局部为平面而局部为与平面连接的曲面。
12.在一种可能的实施方式中，所述接收模块还包括聚光组件，所述聚光组件的局部安装于所述光传递通道且遮盖所述光传递通道的入口；所述聚光组件和所述偏转镜片沿反射光路的间隔设置。
13.在一种可能的实施方式中，所述光传递通道包括第一通道和与所述第一通道连通的第二通道，所述聚光组件的局部安装于所述第一通道，且位于远离所述第二通道的一端；
14.所述偏转镜片安装于所述第二通道内；
15.所述光接收件设于所述第二通道之远离所述第一通道的一端。
16.在一种可能的实施方式中，所述固定支架具有第一侧端部和与所述第一侧端部相对设置的第二侧端部，所述光传递通道沿所述第一侧端部至所述第二侧端部的方向延伸；所述光接收件包括电路板和感光传感器，所述电路板安装于所述第二侧端部且遮盖所述第二通道，所述感光传感器安装于所述电路板朝向所述第二通道的表面。
17.相对于现有技术而言，本实用新型实施例提供的激光雷达收发模组，通过在反射光光路设置至少一块偏转镜片，改变反射光路使得反射光偏转至光接收件，使得基于三角激光测距的激光发射模块和接收模块在小距离也能够获得精准的测距结果，从而使得激光雷达收发模组的结构变得紧凑以有效减小激光雷达收发模组的体积，并且还能够在保证激光雷达收发模组的结构较为紧凑的基础上，根据安装空间灵活设置。
18.本实用新型实施例的第二个目的是提供一种激光雷达设备，其具体的技术方案如下：
19.一种激光雷达设备，包括本实用新型第一目的提供的激光雷达收发模组。
20.在一种可能的实施方式中，所述激光雷达设备还包括激光雷达承载装置，所述激光雷达承载装置具有收容腔；所述激光雷达收发模组收容于所述收容腔中。
21.在一种可能的实施方式中，所述激光雷达承载装置包括基座、旋转平台、动力机构、传动机构和盖体；
22.所述旋转平台用于承载所述激光雷达收发模组；
23.所述旋转平台设于所述基座的顶部且与所述传动机构连接；所述动力机构用于驱动所述传动机构带动所述旋转平台旋转；
24.所述盖体与所述旋转平台连接，并至少罩盖所述激光雷达收发模组和所述旋转平台。
25.相对于现有技术而言，本实用新型实施例提供的激光雷达设备，由于其使用上述的激光雷达收发模组，因而具有结构紧凑、体积较小的特点，有利于激光雷达设备的小型化。
26.本实用新型实施例的第三个目的是提供一种移动机器人，其具体的技术方案如下：
27.移动机器人，包括机器人主体和本实用新型第一目的提供的激光雷达收发模组，且所述激光雷达收发模组安装于所述机器人主体；
28.或者，包括机器人主体和本实用新型第二目的提供的激光雷达设备，且所述激光雷达设备安装于所述机器人主体。
29.相对与现有技术而言，本实用新型实施例提供的移动机器人，其包括上述的激光雷达收发模组，因而一方面可以提高移动机器人的结构紧凑性，另一方面，使得移动机器人具有较高的测距精度，以有效提高移动机器人的避障性能和安全性能。
附图说明
30.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，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。
31.图1为本实用新型实施例一提供的激光雷达收发模组的立体结构示意图；
32.图2为本实用新型实施例一提供的激光雷达收发模组的爆炸结构示意图；
33.图3为本实用新型实施例一提供的激光雷达收发模组的剖视示意图；
34.图4为本实用新型实施例一提供的固定支架的立体结构示意图；
35.图5为本实用新型实施例一提供的激光雷达设备的立体结构示意图；
36.图6为本实用新型实施例一提供的激光雷达设备的部分爆炸结构示意图；
37.图7为本实用新型实施例一提供的激光雷达设备的爆炸结构示意图；
38.图8为本实用新型实施例一提供的移动机器人的简化结构示意图；
39.图9为本实用新型实施例一提供的另一移动机器人的简化结构示意图；
40.图10为本实用新型实施例二提供的固定支架的第二侧端部的示意图。
41.附图标记：
42.10、激光雷达收发模组；
43.11、固定支架；1101、第一侧端部；1102、第二侧端部；1103、第三侧端部；1104、第四侧端部；1105、顶端部；1106、底端部；111、光传递通道；1111、第一通道；1112、第二通道；112、通孔；
44.12、激光发射模块；
45.13、接收模块；131、偏转镜片；132、光接收件；1321、感光传感器；1322、电路板；133、聚光组件；
46.20、激光雷达设备；
47.21、激光雷达承载装置；210、收容腔；211、基座；212、旋转平台；213、动力机构；214、传动机构；215、盖体；2151、出射孔；2152、接收孔；
48.30、移动机器人；31、机器人主体。
具体实施方式
49.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。
50.实施例一
51.本实用新型实施例提供的激光雷达收发模组10、激光雷达设备20以及移动机器人30的结构示意图如图1至图9所示。
52.请参阅图1和图2，本实施例的激光雷达收发模组10包括固定支架11、激光发射模块12和接收模块13。其中，固定支架11设有光传递通道111；激光发射模块12安装于固定支架11，以用于发射激光；接收模块13包括偏转镜片131和光接收件132；偏转镜片131设于光传递通道111内，以用于将被障碍物反射至光传递通道111内的激光偏转至光接收件132。本实施例基于三角激光测距原理，并通过偏转镜片131对反射光进行偏转，从而获得偏转光，使得反射光的光路包括反射光路和偏转光路，其中障碍物至偏转镜片131之间的光路为反射光路，偏转镜片131之光接收件132之间的光路为偏转光路，由此实现根据激光雷达设备20或者移动机器人30预留的激光雷达收发模组10的安装空间灵活设计激光雷达收发模组
10，使得激光雷达收发模组10结构紧凑，从而有利于提高激光雷达设备20或者移动机器人30的紧凑性，如当安装空间较为狭长时，可以将光接收件132设置在远离激光发射模块12的一端，即光接收件132和激光发射模块12分设于反射光路的相对两侧，亦即经过偏转镜片131偏转后，偏转光路与激光发射模块12发射的激光光路之间的夹角大于反射光路与激光发射模块12发射的激光光路之间的夹角；而当安装空间狭小且长度较短时，光接收件132设于反射光路和激光发射模块12之间，亦即经过偏转镜片131偏转后，偏转光路向激光发射模块12发射的激光光路的延伸线靠近以被光接收件132接收。
53.请参阅图4和图3，在一些实施方式中，固定支架11具有第一侧端部1101和第二侧端部1102，并且第一侧端部1101和第二侧端部1102相对设置。光传递通道111沿第一侧端部1101至第二侧端部1102的方向延伸贯穿于固定支架11。在一些实施方式中，光传递通道111包括第一通道1111和第二通道1112，第一通道1111自第一侧端部1101向第二侧端部1102延伸并与第二通道1112连通。在一些实施方式中，固定支架11还设有安装部，安装部用于安装激光发射模块12，并且激光发射模块12的激光出射端位于第一侧端部1101，以使得激光发射模块12发射的激光从第一侧端部1101向远离第二侧端部1102的方向射出。在一些实施方式中，安装部为沿第一侧端部1101至第二侧端部1102的方向贯穿设于固定支架11的通孔112，从而导线的一端自第二侧端部1102与激光发射模块12连线，另一端与控制器(图中未标示)连接，以对激光发射模块12是否发射激光进行控制。由于接收模块13中设置了偏转镜片131，可以有效缩短第一侧端部1101至第二侧端部1102之间的尺寸，有利于提高激光雷达收发模组10结构的紧凑性，缩小激光雷达收发模组10的体积，有利于激光雷达收发模组10的小型化。
54.在一些实施方式中，光接收件132包括感光传感器1321和电路板1322，感光传感器1321安装于电路板1322并且与电路板1322连接。固定支架11还具有第三侧端部1103和第四侧端部1104，第三侧端部1103和第四侧端部1104相对设置，并且第三侧端部1103和第四侧端部1104均连接于第一侧端部1101和第二侧端部1102之间。在一些实施方式中，偏转镜片131用于将反射光路向第三侧端部1103所在的方向偏转，偏转镜片131靠近第四侧端部1104设于第二通道1112，且偏转镜片131的偏转面朝向第三侧端部1103所在的方向，而电路板1322则设于第二侧端部1102，感光传感器1321则设于电路板1322朝向第二通道1112的表面，并且感光传感器1321和激光发射模块12均位于反射光路的同侧。这样的结构设计，有利于当安装空间中沿第一侧端部1101至第二侧端部1102的长度尺寸以及沿第三侧端部1103至第四侧端部1104的长度尺寸均比较小时激光雷达收发模组10的容纳安装。而在一些替代的实施方式中，偏转镜片131用于将反射光向第四侧端部1104所在的方向偏转，偏转镜片131设于第二通道1112中靠近第三侧端部1103的一侧，并且偏转镜片131的偏转面朝向第四侧端部1104所在的方向，而电路板1322则设于第二侧端部1102，感光传感器1321则设于电路板1322朝向第二通道1112的表面，并且感光传感器1321和激光发射模块12分设于反射光路的相对两侧。这样的结构设计，有利于当安装空间中沿第一侧端部1101至第二侧端部1102的长度尺寸较小而沿第三侧端部1103至第四侧端部1104的长度尺寸较长时激光雷达收发模组10的容纳安装。
55.请参阅图2和图3，在一些实施方式中，偏转镜片131的偏转面为平面。当偏转镜片131的偏转面设计为平面时，反射光照射至偏转镜片131发生偏转后，最终偏转后的反射光
被感光传感器1321接收，根据反射光照射至感光传感器1321上的位置计算障碍物与激光雷达收发模组10之间的距离。由于本实用新型采用了相似三角法计算方法，因此，对于测量近距离障碍物，近距离障碍物的反射光在感光传感器1321上分布范围较大，容易辨别位置，计算较为精准，而对于测量远距离障碍物，远距离障碍物的反射光在感光传感器1321上分布范围较窄，不容易辨别位置，计算较为模糊。在本实用新型的另一些实施方式中，偏转镜片131的偏转面局部为平面而局部为与平面连接的曲面，其中偏转镜片131的局部曲面，主要针对激光雷达收发模组10测量远距离障碍物反射回来的反射光，偏转镜片131曲面部分对远距离障碍物反射回来的反射光进行发散调制(例如曲面为凸型反射镜片)，以使得不同远距离的反射光分散均匀照射至感光传感器1321，便于识别反射光的位置，提高测量精度。在本实用新型的另一些实施方式中，偏转镜片131的偏转面完全为曲面(例如偏转镜片一部分为凹型反射镜片，与凹型反射镜片相连接的另外一部分为凸型反射镜片)，凸型反射镜片主要目的是分散远距离的反射光，凹型反射镜片主要目的是汇聚近距离的反射光，汇聚近距离反射光为了减少感光传感器1321面积、节约成本，通过偏转镜片131的偏转面完全为曲面，最终使得不管远近距离的反射光都均匀照射至感光传感器1321上，提高测量精度。
56.请参阅图2和图3，在一些实施方式中，接收模块13还包括聚光组件133，聚光组件133的局部安装于光传递通道111且遮盖光传递通道111的入口；聚光组件133和偏转镜片131沿着反射光的光路方向间隔设置，以使得经过聚光组件133聚拢后的反射光照射至偏转镜片131。在一些实施方式中，聚光组件133包括光学镜头，通过聚光组件133，使得反射光被聚拢，提高反射光的强度，并照射至偏转镜片131中，以提高激光测距的精度。在一些实施方式中，聚光组件133的光学镜头设于第一侧端部1101，以方便将障碍物反射得到的反射光进行聚拢。
57.请参阅图5、图6以及图7，基于上述激光雷达收发模组10，本实施例还提供一种激光雷达设备20，该激光雷达设备20包括上述的激光雷达收发模组10。
58.请参阅图5和图7，在一些实施方式中，激光雷达设备20还包括激光雷达承载装置21，激光雷达承载装置21具有收容腔210；激光雷达收发模组10收容于收容腔210中。
59.请参阅图5和图7，在一些实施方式中，激光雷达承载装置21包括基座211、旋转平台212、动力机构213、传动机构214和盖体215。其中，旋转平台212设于基座211的顶部以用于承载激光雷达收发模组10；动力机构213与传动机构214连接，而传动机构214与旋转平台212连接；盖体215与旋转平台212连接并至少罩盖激光雷达收发模组10和旋转平台212，由盖体215和基座211围合形成收容腔210。在一些实施方式中，动力机构213为无刷电机，传动机构214为轴承，轴承内圈与基座211连接，轴承外圈与旋转平台212连接，而无刷电机则与轴承外圈连接，通过无刷电机通电驱动轴承外圈转动，从而带动旋转平台212转动。这样的结构设计，可以使得无刷电机、轴承、旋转平台212以及激光雷达收发模组10均收容于收容腔210中。通过以无刷电机作为动力机构213，可以有效降低激光雷达设备20的噪音、提高激光雷达设备20的使用寿命。在一些实施方式中，传动机构214包括轴承(图中未标示)、主动轮(图中未标示)、从动轮(图中未标示)、连接于主动轮和从动轮之间的传动带(图中未标示)，动力机构213包括电机和输出轴，输出轴与主动轮连接，以驱动传动机构214转动，从动轮与安装于轴承外圈，并且轴承外圈与旋转平台212连接，从而可以实现动力机构213驱动传动机构214带动旋转平台212转动。在一些实施方式中，盖体215的侧壁开设有出射孔2151
和接收孔2152，出射孔2151用于供激光发射模块12发射的激光穿过，以使得激光发射模块12发射的激光能够穿出激光雷达设备20，而接收孔2152则用于供障碍物反射的光穿入激光雷达设备20内，以被接收模块13接收。
60.请参阅图1和图8，在上述激光雷达收发模组10的基础上，本实施例还提供一种移动机器人30。该移动机器人30包括机器人主体31和激光雷达收发模组10，且激光雷达收发模组10安装于机器人主体31，从而可以有效地缩小移动机器人30的体积，或者使得激光雷达收发模组10的体积在移动机器人30的体积占比中变小，有利于有效地提高移动机器人30的装配紧凑性和提高移动机器人30的精密程度。
61.请参阅图5和图9，在一些实施方式中，移动机器人30包括机器人主体31和上述的激光雷达设备20，且激光雷达设备20安装于机器人主体31。
62.由于本实用新型实施例的激光雷达收发模组10或者激光雷达设备20的尺寸较小，因此本实用新型的激光雷达收发模组10或者激光雷达设备20可以作为扫地机器人、搜寻机器人、探测机器人、无人搬运车(automated guided vehicle，简称agv)等的激光雷达避障扫描部件，也可以作为自动驾驶设备的避障探测部件。当将激光雷达收发模组10或者激光雷达设备20与机器人主体31组装成移动机器人30后，不仅可以进行有效探测以有效提高移动机器人30的避障性能和安全性能，而且更重要的是，由于激光雷达收发模组10或者激光雷达设备20的尺寸较小，可以有效提高移动机器人30的结构紧凑性，使得移动机器人30的尺寸也变小，因此移动机器人30可以进入低矮空间中工作，使得移动机器人30的工作空间更为广阔。在一些实施方式中，本实用新型的扫地机器人可以进入到沙发、床底等低矮空间，而本实用新型的搜寻机器人则可以钻入货架等的底部进行搜索；本实用新型的探测机器人则可以进入管道、下水道等狭小的空间里；本实用新型的无人搬运车则由于具有更为紧凑的结构，可以有效避免搬运过程中零部件与搬运物或者环境中的其他物体发生碰撞而引发故障。在一些实施方式中，激光雷达收发模组10或者激光雷达设备20安装在机器人主体31的顶部。
63.实施例二
64.请参阅图10以及图1至图9，本实施例提供的激光雷达收发模组10、激光雷达设备20以及移动机器人30与实施例一的区别主要在于如下所述结构的不同：
65.在实施例一中，偏转镜片131用于将反射光路向第三侧端部1103所在的方向偏转，偏转镜片131靠近第四侧端部1104设于第二通道1112，且偏转镜片131的偏转面朝向第三侧端部1103所在的方向，而电路板1322则设于第二侧端部1102，感光传感器1321则设于电路板1322朝向第二通道1112的表面，并且感光传感器1321和激光发射模块12均位于反射光路的同侧。或者，偏转镜片131用于将反射光向第四侧端部1104所在的方向偏转，偏转镜片131设于第二通道1112中靠近第三侧端部1103的一侧，并且偏转镜片131的偏转面朝向第四侧端部1104所在的方向，而电路板1322则设于第二侧端部1102，感光传感器1321则设于电路板1322朝向第二通道1112的表面，并且感光传感器1321和激光发射模块12分设于反射光路的相对两侧。
66.而在本实施例中，固定支架11还包括底端部1106和顶端部1105，底端部1106和顶端部1105相对设置，并且底端部1106和顶端部1105分别自第一侧端部1101向第二侧端部1102延伸，并分别与第二侧端部1102连接。在一些实施方式中，偏转镜片131用于将反射光
向顶端部1105方向偏转，偏转镜片131靠近底端部1106设于第二通道1112，且偏转镜片131的偏转面朝向顶端部1105所在的方向，而光接收件132则设于顶端部1105。而在一些替代的实施方式中，偏转镜片131用于将反射光向底端部1106方向偏转，偏转镜片131靠近顶端部1105一侧设于第二通道1112，并且偏转镜片131的偏转面朝向底端部1106所在的方向，而光接收件132则设于底端部1106。偏转镜片131这样的结构设计，由于光接收件132不再设置在第二侧端部1102，因此可以进一步缩短第一侧端部1101至第二侧端部1102的长度尺寸，同时，还能使经过偏转的反射光光路与激光发射模块12发射的激光不在同一个平面上。
67.除了上述的结构设置方案与实施例一不同外，本实施例二提供的激光雷达收发模组10、激光雷达设备20以及移动机器人30均可参照实施例一对应设计，为节约篇幅，在此不再展开赘述。
68.实施例三
69.请参阅图1至9，本实施例提供的激光雷达收发模组10、激光雷达设备20以及移动机器人30与实施例一的区别主要在于如下所述结构的不同：
70.在实施例一中，偏转镜片131只有一块。而在本实施例中，偏转镜片131为两块以上，从而可以使得反射光发生多次偏转，以进一步缩小激光雷达收发模组10的尺寸，进一步提高激光雷达收发模组10的紧凑性。
71.除了上述的结构设置方案与实施例一不同外，本实施例二提供的激光雷达收发模组10、激光雷达设备20以及移动机器人30均可参照实施例一对应设计，为节约篇幅，在此不再展开赘述。
72.以上仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。