一種激光掃描測距裝置的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種激光掃描測距裝置。旋轉平臺與固定平臺通過軸承相連，大齒輪安裝在旋轉平臺上，激光發射器和激光接收器安裝在旋轉平臺，齒輪傳動裝置與大齒輪直接或間接嚙合，從而帶動大齒輪轉動并使旋轉平臺發生旋轉，發射電路板安裝在固定平臺上，接收電路板安裝在旋轉平臺上，驅動板用于驅動齒輪傳動裝置。相比于現有技術，本發明采用齒輪傳動裝置輸出動力并帶動旋轉平臺進行旋轉，克服了現有的皮帶傳動所引起的噪音大、不環保、使用壽命短等諸多缺陷。該齒輪傳動裝置位于掃描平面的一側且不突出旋轉圓周范圍之外，不僅結構小巧、外形結構緊湊，而且旋轉平臺的轉速調節方式多樣。
【專利說明】
一種激光掃描測距裝置
技術領域
[0001]本發明涉及一種機器人設計技術和激光掃描技術，尤其涉及一種激光掃描測距裝置。【背景技術】
[0002]機器人(Robot)是自動執行工作的機器裝置，它既可以接受人類指揮，又可以運行預先編排的程序，還可基于人工智能技術制定的原則綱領行動。一般來說，機器人的任務是協助或取代人類的工作，例如生產業、建筑業或者危險行業的工作。移動機器人是集環境感知、動態決策與規劃、行為控制與執行等多種功能于一體的綜合系統，可代替人到危險、惡劣或極端環境中執行任務，完成偵察、巡邏、警戒、反恐、排爆、科學考察及采樣等，從而在諸如求援、科考、軍事等領域具有巨大的應用價值。
[0003]在現有的移動機器人應用中，出于行走安全方面的考慮，往往需要檢測移動機器人在行進路線前方的障礙物位置，提前預判并控制機器人采取必要的避讓或繞行措施，例如，在機器人本體上方安裝對應的激光掃描測距裝置。然而，現有的激光掃描測距裝置在傳送信號和傳遞電能時多半采用滑環，通過皮帶實現傳動，存在諸如設備體積大、壽命短、噪音大的缺點，極大地限制了裝置的應用場合。例如，對于專門的清掃型移動機器人來說，體積越小越好，若其高度較大則整機無法移動到諸如床底、沙發下方等角落進行清掃操作。又如，對于飛行的無人機來說，體積越小重量越輕，所需的動力越少，若其體積增加則對應的重量加大，消耗的動力相應增加導致續航能力大幅下降。此外，在現有的一些激光掃描測距儀中，整體結構采用可轉動的上部和不可轉動的下部構成，上部與下部通過軸承相連，利用上部旋轉來改變掃描測距儀的激光收發方向，然而旋轉時的速度調節比較單一。
[0004]有鑒于此，如何設計一種激光掃描測距裝置，使其體積更加小巧，應用場合更加廣泛，提升其續航能力，從而解決現有技術的激光掃描測距裝置中的上述缺陷和不足，是業內相關技術人員亟待解決的一項課題。
【發明內容】
[0005]針對現有技術中的激光掃描測距裝置所存在的上述缺陷，本發明提供一種結構小巧、外形結構緊湊的激光掃描測距裝置。
[0006]依據本發明的一個方面，提供一種激光掃描測距裝置，包括激光發射器、激光接收器、接收電路板、軸承、旋轉平臺、固定平臺、能量傳輸裝置、信號傳輸裝置、齒輪傳動裝置、 驅動板、發射電路板、大齒輪，其中，旋轉平臺與固定平臺通過軸承相連，大齒輪安裝在旋轉平臺上，激光發射器和激光接收器安裝在旋轉平臺，齒輪傳動裝置與大齒輪直接或間接嚙合，從而帶動大齒輪轉動并使旋轉平臺發生旋轉，發射電路板安裝在固定平臺上，接收電路板安裝在旋轉平臺上，驅動板用于驅動齒輪傳動裝置。
[0007]在其中的一實施例，齒輪傳動裝置還包括電機和驅動齒輪，驅動齒輪與大齒輪直接嚙合，其中，電機帶動驅動齒輪從而帶動大齒輪轉動，使得旋轉平臺一同旋轉。較佳地，電機與旋轉平臺的減速比為1:3.33。
[0008]在其中的一實施例，齒輪傳動裝置還包括電機、驅動齒輪、減速齒輪、惰輪，驅動齒輪與減速齒輪嚙合，惰輪與減速齒輪嚙合，大齒輪與惰輪嚙合，其中，電機輸出動力至驅動齒輪，帶動減速齒輪轉動，并依次經由惰輪和大齒輪帶動旋轉平臺一同旋轉。較佳地，電機與旋轉平臺的減速比為1:12。
[0009]在其中的一實施例，能量傳輸裝置還包括內線圈和外線圈，其中，外線圈安裝于固定平臺且連接至發射電路板，內線圈安裝于旋轉平臺且連接至接收電路板。
[0010]在其中的一實施例，發射電路板向外線圈上施加規律變化的交流電壓以產生交變感應電磁場，使得內線圈產生感應電動勢以實現無線方式的電能傳遞。
[0011]在其中的一實施例，發射電路板和接收電路板以光電轉換的方式進行信息傳輸。
[0012]在其中的一實施例，發射電路板包括第一發光二極管和第一感應二極管，接收電路板包括第二發光二極管和第二感應二極管，其中，所述第一發光二極管和所述第二感應二極管形成第一無線傳輸路徑，以及所述第一感應二極管和所述第二發光二極管形成第二無線傳輸路徑，且所述第一無線傳輸路徑和所述第二無線傳輸路徑以同步方式實現全雙工數據傳輸。
[0013]在其中的一實施例，第一發光二極管具有一第一波長光譜，第二發光二極管具有一第二波長光譜，所述第一感應二極管感應所述第二波長光譜的光，所述第二感應二極管感應所述第一波長光譜的光，其中，所述第一波長光譜不同于所述第二波長光譜。
[0014]在其中的一實施例，激光掃描測距裝置還包括方齒和編碼器，其中，方齒設置于固定平臺，編碼器安裝在接收電路板上，藉由方齒和編碼器記錄旋轉平臺的轉動位置和圈數。
[0015]在其中的一實施例，所述激光掃描測距裝置還包括調速控制開關，用于切換外部調速方式與內部調速方式。
[0016]在其中的一實施例，所述激光掃描測距裝置還包括法蘭，位于裝置中部，藉由所述法蘭以螺絲鎖固或卡扣緊固方式進行安裝。
[0017]在其中的一實施例，所述激光掃描測距裝置還包括防護罩，所述防護罩為IP65防護等級。
[0018]采用本發明的激光掃描測距裝置，其包括激光發射器、激光接收器、接收電路板、 軸承、旋轉平臺、固定平臺、能量傳輸裝置、信號傳輸裝置、齒輪傳動裝置、驅動板、發射電路板、大齒輪。其中，旋轉平臺與固定平臺通過軸承相連，大齒輪安裝在旋轉平臺上，激光發射器和激光接收器安裝在旋轉平臺，齒輪傳動裝置與大齒輪直接或間接嚙合，從而帶動大齒輪轉動并使旋轉平臺發生旋轉。相比于現有技術，本發明采用齒輪傳動裝置輸出動力并帶動旋轉平臺進行旋轉，從而實現360度的旋轉測量，克服了現有的皮帶傳動所引起的噪音大、不環保、使用壽命短等諸多缺陷。該齒輪傳動裝置位于掃描平面的一側且不突出旋轉圓周范圍之外，不僅結構小巧、外形結構緊湊，而且旋轉平臺的轉速調節方式多樣，不僅可通過齒輪組的變速比調速，也可通過更換電路上的電阻調速，還可通過外部輸入的PWM信號調速。此外，本發明在裝置中部設有法蘭安裝面，可為使用者提供多種安裝選擇且安裝角度不受任何限制。【附圖說明】
[0019]讀者在參照附圖閱讀了本發明的【具體實施方式】以后，將會更清楚地了解本發明的各個方面。其中，
[0020]圖1示出依據本發明一實施方式的激光掃描測距裝置的結構示意圖；[〇〇21]圖2示出圖1的激光掃描測距裝置中的齒輪傳動裝置的結構示意圖；[〇〇22]圖3示出圖2的齒輪傳動裝置的可替換實施例；
[0023]圖4示出圖1的激光掃描測距裝置中，用于無線供電的內線圈和外線圈的輪廓示意圖；以及
[0024]圖5A至圖5C分別示出采用全雙工方式、半雙工方式和單工方式進行數據傳輸的原理示意圖。【具體實施方式】
[0025]為了使本申請所揭示的技術內容更加詳盡與完備，可參照附圖以及本發明的下述各種具體實施例，附圖中相同的標記代表相同或相似的組件。然而，本領域的普通技術人員應當理解，下文中所提供的實施例并非用來限制本發明所涵蓋的范圍。此外，附圖僅僅用于示意性地加以說明，并未依照其原尺寸進行繪制。
[0026]下面參照附圖，對本發明各個方面的【具體實施方式】作進一步的詳細描述。
[0027]圖1示出依據本發明一實施方式的激光掃描測距裝置的結構示意圖。圖4示出圖1 的激光掃描測距裝置中，用于無線供電的內線圈和外線圈的輪廓示意圖。
[0028]如【背景技術】部分所述，在現有的一些激光掃描測距儀中，整體結構采用可轉動的上部和不可轉動的下部構成，上部與下部通過軸承相連，利用上部旋轉來改變掃描測距儀的激光收發方向，然而旋轉時的速度調節比較單一。此外，現有的激光掃描測距儀在傳送信號和傳遞電能時多半采用滑環，通過皮帶實現傳動，這將導致設備體積大、壽命短、噪音大的缺點，限制了應用場合。[〇〇29]參照圖1，在該實施方式中，本發明的激光掃描測距裝置至少包括激光發射接收模塊1、接收電路板4、軸承5、旋轉平臺6、固定平臺7、能量傳輸裝置8、信號傳輸裝置9、齒輪傳動裝置10、驅動板11、發射電路板12、大齒輪13。
[0030]具體而言，激光發射接收模塊1包括激光發射器2和激光接收器3。激光發射器2與激光接收器3各自軸線所在的平面(諸如水平方向的平面)與旋轉平臺6的旋轉軸(諸如豎直方向)相垂直。激光發射器2和激光接收器3安裝在旋轉平臺6并且與旋轉平臺6—同旋轉。旋轉平臺6與固定平臺7通過軸承5相連。大齒輪13安裝在旋轉平臺6上。齒輪傳動裝置10與大齒輪13直接或間接嚙合，從而帶動大齒輪13轉動并使旋轉平臺6發生旋轉。發射電路板12安裝在固定平臺7上，接收電路板4安裝在旋轉平臺6上，驅動板11用于驅動齒輪傳動裝置10。 [〇〇31]在一具體實施例，能量傳輸裝置8還包括內線圈20和外線圈21。其中，外線圈21安裝于固定平臺7且連接至發射電路板12,內線圈20安裝于旋轉平臺6且連接至接收電路板4。 發射電路板12向外線圈21上施加規律變化的交流電壓以產生交變感應電磁場，使得內線圈 20產生感應電動勢，從而藉由外線圈21和內線圈20之間的感應電磁場實現無線供電。如圖4 所示，內線圈20和外線圈21為嵌套型的圓柱狀結構。由于發射電路板12與接收電路板4之間采用無線供電方式，則位于旋轉平臺6上的激光發射器2和激光接收器3均通過無線方式獲得供電電源。
[0032]在一具體實施例，激光掃描測距裝置還包括方齒18和編碼器17。其中，方齒18設置于固定平臺7,編碼器17安裝在接收電路板4上，藉由方齒和編碼器記錄旋轉平臺6的轉動位置和圈數。[〇〇33]此外，本發明的激光掃描測距裝置還包括法蘭19。法蘭19設置在裝置的中部，藉由法蘭以螺絲鎖固或卡扣緊固方式進行安裝。如此一來，本發明可為客戶提供多種安裝方式， 例如，可利用底板14作為安裝對接面并以任意角度安裝該激光掃描測距裝置，透過底板14 上的螺絲孔直接上螺絲鎖固；或者，利用裝置中部的法蘭19作為安裝對接部并以任意角度安裝該激光掃描測距裝置，透過法蘭19上的光孔以螺絲螺母緊固或卡扣緊固等方式固定。 再者，該還包括防護罩16，其防護等級可達到IP65等級。
[0034]圖2示出圖1的激光掃描測距裝置中的齒輪傳動裝置的結構示意圖。圖3示出圖2的齒輪傳動裝置的可替換實施例。
[0035]參照圖2,在該實施例中，齒輪傳動裝置10包括電機101、驅動齒輪102、減速齒輪 103、惰輪104以及上蓋板106和下蓋板107。其中，驅動齒輪102與減速齒輪103嚙合，惰輪104 與減速齒輪103嗤合，大齒輪105與惰輪104嗤合，如此一來，在電機101與旋轉平臺6之間建立了傳動鏈路，即，驅動齒輪---減速齒輪---惰輪---大齒輪。其中，電機1〇1輸出動力至驅動齒輪102,帶動減速齒輪103轉動，并依次經由惰輪104和大齒輪105帶動旋轉平臺6—同旋轉。例如，經過多級減速之后，電機1 〇 1與旋轉平臺6的減速比可達到1:12。由此可知，通過更換減速齒輪103的齒數，就可調節旋轉平臺6的掃描速度。
[0036]在可替換實施例中，如圖3所示，齒輪傳動裝置10包括電機101和驅動齒輪108(諸如錐齒輪)。電機101橫向放置。驅動齒輪108與大齒輪109(諸如錐齒輪)直接嚙合，其中電機 101帶動驅動齒輪108從而帶動大齒輪109轉動，使旋轉平臺6 —同旋轉。例如，電機101與旋轉平臺6的減速比為1:3.33。
[0037]此外，本發明的激光掃描測距裝置還包括調速控制開關15,用于切換外部調速方式與內部調速方式。這里，內部調速方式是指通過改變齒輪組中的變速比調速，或者通過更換發射電路板12的電阻調速。外部調速方式是指通過外部輸入的PWM信號調速。本領域的技術人員應當理解，上述調速控制開關15并非必要，例如，為了使用者操作上的便捷性，可僅設計為外部調速方式。
[0038]圖5A至圖5C分別示出采用全雙工方式、半雙工方式和單工方式進行數據傳輸的原理示意圖。
[0039]如我們所熟知的，數據傳輸大致包括全雙工方式、半雙工方式和單工方式。以數據傳輸雙方A、B為例，其中，全雙工方式是指，在A對B發射數據的同時，可由B對A同步發射數據并且被A成功接收(如圖5A所示)。半雙工則是A對B發射數據的時候，B只能接收數據而且不能發射數據(如圖5B所示)。全雙工傳輸比半雙工快，因為不用等待。單工方式則是由A向B單方發送數據，或者由B向A單方發送數據(如圖5C所示)。
[0040]在本發明的信號傳輸過程中，發射電路板12和接收電路板4以光電轉換的方式進行信息傳輸。較佳地，發射電路板12包括第一發光二極管和第一感應二極管，接收電路板4 包括第二發光二極管和第二感應二極管。第一發光二極管、第一感應二極管、第二發光二極管和第二感應二極管共同構成信號傳輸裝置9。其中，第一發光二極管和第二感應二極管形成第一無線傳輸路徑，第一感應二極管和第二發光二極管形成第二無線傳輸路徑，第一無線傳輸路徑和第二無線傳輸路徑以同步方式實現全雙工數據傳輸。[0041 ]在一具體實施例，第一發光二極管具有第一波長光譜，第二發光二極管具有第二波長光譜，第一感應二極管感應第二波長光譜的光，第二感應二極管感應第一波長光譜的光。第一波長光譜不同于第二波長光譜。[〇〇42]采用本發明的激光掃描測距裝置，其包括激光發射器、激光接收器、接收電路板、 軸承、旋轉平臺、固定平臺、能量傳輸裝置、信號傳輸裝置、齒輪傳動裝置、驅動板、發射電路板、大齒輪。其中，旋轉平臺與固定平臺通過軸承相連，大齒輪安裝在旋轉平臺上，激光發射器和激光接收器安裝在旋轉平臺，齒輪傳動裝置與大齒輪直接或間接嚙合，從而帶動大齒輪轉動并使旋轉平臺發生旋轉。相比于現有技術，本發明采用齒輪傳動裝置輸出動力并帶動旋轉平臺進行旋轉，從而實現360度的旋轉測量，克服了現有的皮帶傳動所引起的噪音大、不環保、使用壽命短等諸多缺陷。該齒輪傳動裝置位于掃描平面的一側且不突出旋轉圓周范圍之外，不僅結構小巧、外形結構緊湊，而且旋轉平臺的轉速調節方式多樣，不僅可通過齒輪組的變速比調速，也可通過更換電路上的電阻調速，還可通過外部輸入的PWM信號調速。此外，本發明在裝置中部設有法蘭安裝面，可為使用者提供多種安裝選擇且安裝角度不受任何限制。
[0043]上文中，參照附圖描述了本發明的【具體實施方式】。但是，本領域中的普通技術人員能夠理解，在不偏離本發明的精神和范圍的情況下，還可以對本發明的【具體實施方式】作各種變更和替換。這些變更和替換都落在本發明權利要求書所限定的范圍內。
【主權項】
1.一種激光掃描測距裝置，其特征在于，所述激光掃描測距裝置包括激光發射器(2)、 激光接收器(3)、接收電路板(4)、軸承(5)、旋轉平臺(6)、固定平臺(7)、能量傳輸裝置(8)、 信號傳輸裝置(9)、齒輪傳動裝置(10)、驅動板(11)、發射電路板(12)、大齒輪(13)，其中，旋轉平臺(6)與固定平臺(7)通過軸承(5)相連，大齒輪(13)安裝在旋轉平臺(6) 上，激光發射器(2)和激光接收器(3)安裝在旋轉平臺(6 )，齒輪傳動裝置(10)與大齒輪(13) 直接或間接嚙合，從而帶動大齒輪(13)轉動并使旋轉平臺(6)發生旋轉，發射電路板(12)安 裝在固定平臺(7)上，接收電路板(4)安裝在旋轉平臺(6)上，驅動板(11)用于驅動齒輪傳動 裝置(10)。2.根據權利要求1所述的激光掃描測距裝置，其特征在于，齒輪傳動裝置(10)還包括電 機(101)和驅動齒輪(102)，驅動齒輪(108)與大齒輪(109)直接嚙合，其中電機(101)帶動驅 動齒輪(108)從而帶動大齒輪(109)轉動，使得旋轉平臺(6) —同旋轉。3.根據權利要求2所述的激光掃描測距裝置，其特征在于，電機(101)與旋轉平臺(6)的 減速比為1:3.33。4.根據權利要求1所述的激光掃描測距裝置，其特征在于，齒輪傳動裝置(10)還包括電 機(101)、驅動齒輪(102)、減速齒輪(103)、惰輪(104)，驅動齒輪(102)與減速齒輪(103)嚙 合，惰輪(104)與減速齒輪(103)嚙合，大齒輪(105)與惰輪(104)嚙合，其中，電機(101)輸出 動力至驅動齒輪(102)，帶動減速齒輪(103)轉動，并依次經由惰輪(104)和大齒輪(105)帶 動旋轉平臺(6) —同旋轉。5.根據權利要求4所述的激光掃描測距裝置，其特征在于，電機(101)與旋轉平臺(6)的 減速比為1:12。6.根據權利要求1所述的激光掃描測距裝置，其特征在于，能量傳輸裝置(8)還包括內 線圈(20)和外線圈(21)，其中，外線圈(21)安裝于固定平臺(7)且連接至發射電路板(12)， 內線圈(20)安裝于旋轉平臺(6)且連接至接收電路板(4)。7.根據權利要求6所述的激光掃描測距裝置，其特征在于，發射電路板(12)向外線圈 (21)上施加規律變化的交流電壓以產生交變感應電磁場，使得內線圈(20)產生感應電動勢 以實現無線方式的電能傳遞。8.根據權利要求1所述的激光掃描測距裝置，其特征在于，發射電路板(12)和接收電路 板(4)以光電轉換的方式進行信息傳輸。9.根據權利要求8所述的激光掃描測距裝置，其特征在于，發射電路板(12)包括第一發 光二極管和第一感應二極管，接收電路板(4)包括第二發光二極管和第二感應二極管，其中，所述第一發光二極管和所述第二感應二極管形成第一無線傳輸路徑，以及所述 第一感應二極管和所述第二發光二極管形成第二無線傳輸路徑，且所述第一無線傳輸路徑 和所述第二無線傳輸路徑以同步方式實現全雙工數據傳輸。10.根據權利要求9所述的激光掃描測距裝置，其特征在于，所述第一發光二極管具有 一第一波長光譜，所述第二發光二極管具有一第二波長光譜，所述第一感應二極管感應所 述第二波長光譜的光，所述第二感應二極管感應所述第一波長光譜的光，其中，所述第一波 長光譜不同于所述第二波長光譜。11.根據權利要求1所述的激光掃描測距裝置，其特征在于，所述激光掃描測距裝置還 包括方齒(18)和編碼器(17)，其中，方齒(18)設置于固定平臺(7)，編碼器(17)安裝在接收電路板(4)上，藉由方齒和編碼器記錄旋轉平臺(6)的轉動位置和圈數。12.根據權利要求1所述的激光掃描測距裝置，其特征在于，所述激光掃描測距裝置還 包括調速控制開關(15)，用于切換外部調速方式與內部調速方式。13.根據權利要求1所述的激光掃描測距裝置，其特征在于，所述激光掃描測距裝置還 包括法蘭(19)，位于裝置中部，藉由所述法蘭以螺絲鎖固或卡扣緊固方式進行安裝。14.根據權利要求1所述的激光掃描測距裝置，其特征在于，所述激光掃描測距裝置還 包括防護罩(16)，所述防護罩為IP65防護等級。
【文檔編號】G01S17/08GK106019294SQ201610334087
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月19日
【發明人】汪迎春, 徐磁, 潘幫輝, 劉義春, 陳士凱, 林凌, 李宇翔, 黃玨珅
【申請人】上海思嵐科技有限公司