本發(fā)明涉及機(jī)器人設(shè)計(jì)技術(shù)和激光掃描技術(shù)，尤其涉及一種激光掃描測(cè)距裝置。

背景技術(shù)：

激光掃描測(cè)距技術(shù)是一種使用準(zhǔn)直光束進(jìn)行非接觸式目標(biāo)物體掃描測(cè)距的方法，通過(guò)將用于測(cè)距的準(zhǔn)直光束(激光)進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)所在環(huán)境內(nèi)的物體進(jìn)行掃描測(cè)距，并提取出環(huán)境的輪廓信息。

在現(xiàn)有技術(shù)中，當(dāng)前的多線激光測(cè)距技術(shù)是使用多個(gè)激光器排列組成激光器列陣，由激光器列陣發(fā)射激光形成多線激光，并通過(guò)透鏡鏡頭形成固定角度散射出去。上述形成的多線激光大致存在如下缺陷：1)激光器是激光掃描測(cè)距儀的核心器件之一，市場(chǎng)價(jià)格比較昂貴，多線激光需要設(shè)置多個(gè)激光器，制造成本非常高；2)激光發(fā)射需要每一線與相鄰的另一線形成均勻的角度，因此對(duì)激光器的擺放位置、角度和激光發(fā)射透鏡的鏡頭有較高要求，量產(chǎn)調(diào)試?yán)щy；3)激光發(fā)射透鏡的鏡頭需要特殊定制，成本較高。

有鑒于此，如何設(shè)計(jì)一種激光掃描測(cè)距裝置，從而克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷或不足，是業(yè)內(nèi)相關(guān)技術(shù)人員亟需解決的課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的激光掃描測(cè)距裝置所存在的上述缺陷，本發(fā)明提供一種改進(jìn)的激光掃描測(cè)距裝置。

依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種激光掃描測(cè)距裝置，包括反射鏡固定架、反射鏡、激光發(fā)射透鏡、激光套、激光發(fā)射器、頂蓋、濾光片、核心骨架、底板、電機(jī)定子、電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極、核心背板、激光接收器列陣、接收透鏡、接收透鏡固定架，其中，

反射鏡固定在反射鏡固定架上，激光發(fā)射器位于反射鏡的正下方，激光發(fā)射透鏡和激光發(fā)射器安裝在激光套內(nèi)，激光發(fā)射透鏡位于激光發(fā)射器與反射鏡之間，接收透鏡安裝在核心骨架和接收透鏡固定架上，激光接收器列陣與核心背板相連接，

激光發(fā)射透鏡用于將激光發(fā)射器發(fā)射的第一光束轉(zhuǎn)換為平行光束，所述平行光束在反射鏡的表面發(fā)生反射從而產(chǎn)生第二光束，當(dāng)所述第二光束到達(dá)被測(cè)目標(biāo)物體時(shí)，于其表面反射產(chǎn)生第三光束，所述第三光束經(jīng)由接收透鏡聚焦之后形成第四光束，所述第四光束入射到達(dá)激光接收器列陣。

在其中的一實(shí)施例，反射鏡為MEMS振鏡，其藉由磁場(chǎng)和電流的變化所產(chǎn)生的作用力予以周期性地振動(dòng)，并且在振動(dòng)時(shí)，所述第二光束至所述第四光束各自的光路均發(fā)生改變。

在其中的一實(shí)施例，反射鏡安裝于伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子上，藉由所述伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)予以周期性地振動(dòng)，并且在振動(dòng)時(shí)，所述第二光束至所述第四光束各自的光路均發(fā)生改變。

在其中的一實(shí)施例，所述激光掃描測(cè)距裝置還包括微處理器，設(shè)置于核心背板，其中，激光發(fā)射器發(fā)射所述第一光束對(duì)應(yīng)于時(shí)刻T1，激光接收器列陣接收所述第四光束對(duì)應(yīng)于時(shí)刻T2，則所述激光掃描測(cè)距裝置與所述被測(cè)目標(biāo)物體之間的距離S滿足：

S＝(T2-T1)*C/2

其中，(T2-T1)表示單個(gè)激光周期，C表示光速。

在其中的一實(shí)施例，所述微處理器與激光發(fā)射器電氣連接，用于向激光發(fā)射器發(fā)送脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)從而使激光發(fā)射器發(fā)射脈沖激光。

在其中的一實(shí)施例，電機(jī)定子和電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極構(gòu)成傳動(dòng)裝置，所述激光掃描測(cè)距裝置設(shè)置于旋轉(zhuǎn)平臺(tái)并且與之一起旋轉(zhuǎn)，其中固定平臺(tái)與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)通過(guò)軸承配合連接。

在其中的一實(shí)施例，濾光片位于接收透鏡與被測(cè)目標(biāo)物體之間，用于過(guò)濾進(jìn)入接收透鏡的其他波段的光。

在其中的一實(shí)施例，頂蓋和底板構(gòu)成裝置外殼，濾光片設(shè)置在頂蓋與底板之間，濾光片用作為外殼殼體的側(cè)面且呈圓筒狀。

在其中的一實(shí)施例，激光發(fā)射透鏡和接收透鏡均為凸透鏡。

采用本發(fā)明的激光掃描測(cè)距裝置，其包括反射鏡固定架、反射鏡、激光發(fā)射透鏡、激光套、激光發(fā)射器、頂蓋、濾光片、核心骨架、底板、核心背板、電機(jī)定子、電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極、激光接收器列陣、接收透鏡、接收透鏡固定架，其中反射鏡固定在反射鏡固定架上，激光發(fā)射器位于反射鏡的正下方，激光發(fā)射透鏡和激光發(fā)射器安裝在激光套內(nèi)，激光發(fā)射透鏡位于激光發(fā)射器與反射鏡之間，接收透鏡安裝在核心骨架和接收透鏡固定架上，激光接收器列陣與核心背板相連接，激光發(fā)射透鏡用于將激光發(fā)射器發(fā)射的第一光束轉(zhuǎn)換為平行光束，平行光束在反射鏡的表面發(fā)生反射從而產(chǎn)生第二光束，當(dāng)?shù)诙馐竭_(dá)被測(cè)目標(biāo)物體時(shí)，于其表面反射產(chǎn)生第三光束，第三光束經(jīng)由接收透鏡聚焦之后形成第四光束，第四光束入射到達(dá)激光接收器列陣。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明采用單個(gè)激光發(fā)射器并輔以反射鏡的周期性振動(dòng)可實(shí)現(xiàn)多線激光發(fā)射。并且，這些多線激光之間的角度可由諸如微處理器中的軟件控制和調(diào)整，角度變化較容易實(shí)現(xiàn)均勻化。此外，本發(fā)明將現(xiàn)有需使用的激光發(fā)射器的數(shù)量從多個(gè)減為1個(gè)，極大地降低了整個(gè)裝置的制造成本。

附圖說(shuō)明

讀者在參照附圖閱讀了本發(fā)明的具體實(shí)施方式以后，將會(huì)更清楚地了解本發(fā)明的各個(gè)方面。其中，

圖1為本發(fā)明的激光掃描測(cè)距裝置的示意性實(shí)施例的外部輪廓示意圖；

圖2示出圖1中的激光掃描測(cè)距裝置沿直線A-A切開(kāi)之后的側(cè)面剖視圖；

圖3示出圖1中的激光掃描測(cè)距裝置沿直線B-B切開(kāi)之后的頂視圖；

圖4A示出圖1的激光掃描測(cè)距裝置中，來(lái)自激光發(fā)射器的激光到達(dá)角度均勻變化的反射鏡表面時(shí)的光路示意圖；

圖4B示出圖4A的激光光束到達(dá)被測(cè)目標(biāo)物體表面時(shí)，發(fā)生反射后的光線經(jīng)由接收透鏡到達(dá)激光接收器列陣時(shí)的光路示意圖；

圖5示出圖1的激光掃描測(cè)距裝置的另一視圖；以及

圖6示出圖5的激光掃描測(cè)距裝置沿直線C-C切開(kāi)之后的剖視圖。

具體實(shí)施方式

為了使本申請(qǐng)所揭示的技術(shù)內(nèi)容更加詳盡與完備，可參照附圖以及本發(fā)明的下述各種具體實(shí)施例，附圖中相同的標(biāo)記代表相同或相似的組件。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下文中所提供的實(shí)施例并非用來(lái)限制本發(fā)明所涵蓋的范圍。此外，附圖僅僅用于示意性地加以說(shuō)明，并未依照其原尺寸進(jìn)行繪制。

下面參照附圖，對(duì)本發(fā)明各個(gè)方面的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

圖1為本發(fā)明的激光掃描測(cè)距裝置的示意性實(shí)施例的外部輪廓示意圖，圖2示出圖1中的激光掃描測(cè)距裝置沿直線A-A切開(kāi)之后的側(cè)面剖視圖，圖3示出圖1中的激光掃描測(cè)距裝置沿直線B-B切開(kāi)之后的頂視圖，圖4A示出圖1的激光掃描測(cè)距裝置中，來(lái)自激光發(fā)射器的激光到達(dá)角度均勻變化的反射鏡表面時(shí)的光路示意圖，圖4B示出圖4A的激光光束到達(dá)被測(cè)目標(biāo)物體表面時(shí)，發(fā)生反射后的光線經(jīng)由接收透鏡到達(dá)激光接收器列陣時(shí)的光路示意圖，圖5示出圖1的激光掃描測(cè)距裝置的另一視圖，以及圖6示出圖5的激光掃描測(cè)距裝置沿直線C-C切開(kāi)之后的剖視圖。

參照?qǐng)D1至圖6，在該示意性實(shí)施例中，本發(fā)明的激光掃描測(cè)距裝置至少包括反射鏡固定架1、反射鏡2、激光發(fā)射透鏡3、激光套4、激光發(fā)射器5、頂蓋6、濾光片7、核心骨架8、底板11、電機(jī)定子20、電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極21、核心背板23、激光接收器列陣24、接收透鏡25、接收透鏡固定架26。例如，激光發(fā)射透鏡3和接收透鏡25均為凸透鏡。

詳細(xì)而言，反射鏡2固定在反射鏡固定架1上。依據(jù)一具體實(shí)施例，反射鏡2為MEMS振鏡，其藉由磁場(chǎng)和電流的變化所產(chǎn)生的作用力予以周期性地振動(dòng)。當(dāng)反射鏡2振動(dòng)時(shí)，反射鏡的角度發(fā)生改變，使得到達(dá)反射鏡2的表面并發(fā)生反射的反射光線也隨之改變。此外，反射鏡2還可安裝于伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子上，藉由伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)予以周期性地振動(dòng)。同樣，當(dāng)反射鏡2振動(dòng)時(shí)，反射鏡的角度發(fā)生改變，使得到達(dá)反射鏡2的表面并發(fā)生反射的反射光線也隨之改變。由上述可知，在同一振鏡角度，激光發(fā)射器出射一線激光，在磁場(chǎng)和電流變化所產(chǎn)生的作用力或伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，振鏡快速地改變角度，激光發(fā)射器出射下一線激光。其中，每線激光經(jīng)由振鏡表面反射到達(dá)被測(cè)目標(biāo)物體表面，并在其表面發(fā)生反射回到接收室內(nèi)的激光接收器列陣，從而計(jì)算得到該線激光的傳播距離。激光光斑在接收器列陣上的位置與振鏡角度相關(guān)，振鏡角度越大，激光光斑在接收器列陣上的位置距離中心越遠(yuǎn)。例如，激光發(fā)射打在物體上為一個(gè)點(diǎn)，振鏡快速改變角度讓激光點(diǎn)組成一條線，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)使得這條線掃成一個(gè)面，這個(gè)面蓋在被測(cè)目標(biāo)物體上就形成了物體的3D圖形。由于振鏡角度可控制得以均勻變化，從而使激光點(diǎn)在線上均勻排布，如此一來(lái)，最后所形成的3D圖形線條分布十分均勻。

激光發(fā)射器5位于反射鏡2的正下方。激光發(fā)射透鏡3和激光發(fā)射器5安裝在激光套4內(nèi)，激光發(fā)射透鏡3位于激光發(fā)射器5與反射鏡2之間。接收透鏡25安裝在核心骨架8和接收透鏡固定架26上，激光接收器列陣24與核心背板23相連接。如圖3、圖4A和圖4B所示，激光發(fā)射透鏡3和激光發(fā)射器5位于發(fā)射室，核心背板23、激光接收器列陣24和接收透鏡25位于接收室。其中激光發(fā)射透鏡3用于將激光發(fā)射器5發(fā)射的第一光束轉(zhuǎn)換為平行光束。平行光束在反射鏡2的表面發(fā)生反射從而產(chǎn)生第二光束，當(dāng)?shù)诙馐竭_(dá)被測(cè)目標(biāo)物體時(shí)，于其表面反射產(chǎn)生第三光束，第三光束經(jīng)由接收透鏡25聚焦之后形成第四光束，第四光束入射到達(dá)激光接收器列陣24。激光掃描測(cè)距裝置還包括微處理器，設(shè)置于核心背板23。例如，微處理器與激光發(fā)射器5電氣連接，用于向激光發(fā)射器5發(fā)送脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)從而使激光發(fā)射器5發(fā)射脈沖激光。

如此一來(lái)，激光發(fā)射器5發(fā)射第一光束對(duì)應(yīng)于時(shí)刻T1，激光接收器列陣24接收第四光束對(duì)應(yīng)于時(shí)刻T2，則激光掃描測(cè)距裝置與被測(cè)目標(biāo)物體之間的距離S滿足：

S＝(T2-T1)*C/2

其中，(T2-T1)表示單個(gè)激光周期，C表示光速。

在一具體實(shí)施例，激光掃描測(cè)距裝置設(shè)置于旋轉(zhuǎn)平臺(tái)9并且與之一起旋轉(zhuǎn)。其中，固定平臺(tái)10與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)9通過(guò)軸承12配合連接。參照?qǐng)D6，整個(gè)激光發(fā)射部和激光接收部均安裝在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)9上。發(fā)射板13通過(guò)發(fā)射線圈14無(wú)線供電給接收線圈18。例如，固定平臺(tái)10、電機(jī)定子20、電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極21、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)9和軸承12組成無(wú)刷電機(jī)傳動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)部的旋轉(zhuǎn)。接收線圈18和發(fā)射線圈14組成無(wú)線供電模塊，實(shí)現(xiàn)固定部給旋轉(zhuǎn)部的供電。接收線圈18安裝在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)9上，發(fā)射板13和接收板19間的通訊使用無(wú)線通訊。例如，無(wú)線通訊方式包括不同光譜的光通訊、ZigBee、Wi-Fi、NFC、Bluetooth等。電機(jī)定子20和電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極21組成電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極21固定在電機(jī)轉(zhuǎn)子平臺(tái)22上，電機(jī)轉(zhuǎn)子平臺(tái)22固定在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)9上。電機(jī)裝置傳動(dòng)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)9。固定平臺(tái)10上有編碼齒，與接收板上編碼器的相互運(yùn)動(dòng)記錄旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的旋轉(zhuǎn)速度和角度。

如上文所述，本發(fā)明的激光掃描測(cè)距裝置在進(jìn)行距離測(cè)量時(shí)，先記錄反射鏡2位于預(yù)設(shè)位置時(shí)，被測(cè)目標(biāo)物體距離掃描測(cè)距裝置的距離，一個(gè)激光周期結(jié)束。進(jìn)入下一個(gè)激光周期時(shí)，反光鏡2在磁場(chǎng)作用力或伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的條件下振動(dòng)到下一個(gè)角度，激光發(fā)射器5發(fā)射激光，重復(fù)上一個(gè)激光周期的測(cè)距動(dòng)作。如此一來(lái)，該激光掃描測(cè)距裝置有多線激光，對(duì)應(yīng)地要求振鏡具有n個(gè)不同的位置。反光鏡2振動(dòng)回到原來(lái)的預(yù)設(shè)位置時(shí)，完成一個(gè)振鏡周期。并且，當(dāng)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)9旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，激光掃描測(cè)距裝置完成3D掃描，對(duì)應(yīng)為一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期。如此一來(lái)，單個(gè)振鏡周期包括多個(gè)激光周期，且單個(gè)旋轉(zhuǎn)周期包括多個(gè)振鏡周期。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，整個(gè)裝置不發(fā)生旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，掃描出來(lái)的是一條直線，當(dāng)設(shè)備于垂直方向旋轉(zhuǎn)起來(lái)即可掃描成3D圖形。如前所述，由于振鏡角度可控制得以均勻變化，從而使激光點(diǎn)在線上均勻排布，如此一來(lái)，最后所形成的3D圖形線條分布十分均勻。

在一具體實(shí)施例，濾光片7位于接收透鏡25與被測(cè)目標(biāo)物體之間，用于過(guò)濾進(jìn)入接收透鏡25的其他波段的光。如前所述，第三光束為第二光束到達(dá)被測(cè)目標(biāo)物體時(shí)，于其表面反射所形成的激光光束。較佳地，頂蓋6和底板11構(gòu)成裝置外殼，濾光片7設(shè)置在頂蓋6與底板11之間，其中，濾光片7用作為外殼殼體的側(cè)面且呈圓筒狀。

采用本發(fā)明的激光掃描測(cè)距裝置，其包括反射鏡固定架、反射鏡、激光發(fā)射透鏡、激光套、激光發(fā)射器、頂蓋、濾光片、核心骨架、底板、核心背板、電機(jī)定子、電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極、激光接收器列陣、接收透鏡、接收透鏡固定架，其中反射鏡固定在反射鏡固定架上，激光發(fā)射器位于反射鏡的正下方，激光發(fā)射透鏡和激光發(fā)射器安裝在激光套內(nèi)，激光發(fā)射透鏡位于激光發(fā)射器與反射鏡之間，接收透鏡安裝在核心骨架和接收透鏡固定架上，激光接收器列陣與核心背板相連接，激光發(fā)射透鏡用于將激光發(fā)射器發(fā)射的第一光束轉(zhuǎn)換為平行光束，平行光束在反射鏡的表面發(fā)生反射從而產(chǎn)生第二光束，當(dāng)?shù)诙馐竭_(dá)被測(cè)目標(biāo)物體時(shí)，于其表面反射產(chǎn)生第三光束，第三光束經(jīng)由接收透鏡聚焦之后形成第四光束，第四光束入射到達(dá)激光接收器列陣。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明采用單個(gè)激光發(fā)射器并輔以反射鏡的周期性振動(dòng)可實(shí)現(xiàn)多線激光發(fā)射。并且，這些多線激光之間的角度可由諸如微處理器中的軟件控制和調(diào)整，角度變化較容易實(shí)現(xiàn)均勻化。此外，本發(fā)明將現(xiàn)有需使用的激光發(fā)射器的數(shù)量從多個(gè)減為1個(gè)，極大地降低了整個(gè)裝置的制造成本。

上文中，參照附圖描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式。但是，本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員能夠理解，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作各種變更和替換。這些變更和替換都落在本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍內(nèi)。