專利名稱：距離測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種測量裝置，特別是一種距離測量裝置。
背景技術(shù)：
隨著電子技術(shù)的發(fā)展，激光測距法已廣泛地應(yīng)用于距離測量，例如將激光測距儀 應(yīng)用在建筑、交通、地形勘測與室內(nèi)裝潢等方面。激光測距儀配備有激光束發(fā)射器用以對目 標(biāo)物發(fā)出一條激光束，再由激光接收器接收由該目標(biāo)物反射回來的信號，借由其間光波往 返所用時間來換算距離。請參閱圖1所示，為一種傳統(tǒng)二維激光測距儀Al，其主要可由激光束發(fā)射器All及 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)A12所組成，借由旋轉(zhuǎn)機構(gòu)A12將激光束發(fā)射器All所發(fā)射的激光束增加一個水 平方向的來回掃描角度，可用在機器人上面作為障礙物的感知以及環(huán)境的辨認等功用。再 者，若除了水平方向外，增加垂直方向的來回掃描角度，即成為三維的激光測距儀，其感測 的范圍也變成立體的。相比二維的激光只有掃描平面的范圍，三維激光可掃描立體的空間， 比方椅子桌子等不同高度有不同深度的物體都可被檢測到。由于市面上的三維激光測距儀價格非常昂貴，往往比掃描平面的二維激光測距儀 高出十倍的價格，使得三維激光測距儀無法普遍被應(yīng)用各領(lǐng)域。因此，如何簡化三維激光測 距儀的結(jié)構(gòu)，借以解決傳統(tǒng)三維激光測距儀成本過高的問題，使其可廣泛地應(yīng)用機器人的 環(huán)境辨認與環(huán)境建置、障礙物檢測、定位等領(lǐng)域，是一個刻不容緩的待解決課題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提出一種距離測量裝置，包括距離感應(yīng)單元，用以感測目標(biāo)物 的距離值；驅(qū)動單元，用以驅(qū)動距離感應(yīng)單元依據(jù)轉(zhuǎn)動角度轉(zhuǎn)動；及補償單元，依據(jù)轉(zhuǎn)動角 度提供補償值，并依據(jù)補償值與距離值取得實際距離?；?，本發(fā)明還包括旋轉(zhuǎn)單元，用以帶動距離感應(yīng)單元旋轉(zhuǎn)；其中，驅(qū)動單元的 轉(zhuǎn)動方向?qū)嵸|(zhì)上可垂直于旋轉(zhuǎn)單元的旋轉(zhuǎn)方向。此外，本發(fā)明的驅(qū)動單元優(yōu)選地可包括座體，用以設(shè)置距離感應(yīng)單元；齒輪，位 于座體側(cè)邊；齒條，嚙合于齒輪；及凸輪，經(jīng)由旋轉(zhuǎn)而帶動齒條進行往復(fù)位移，并由齒條帶 動齒輪轉(zhuǎn)動而驅(qū)動座體轉(zhuǎn)動。本發(fā)明的功效在于以成本低廉的往復(fù)式機構(gòu)帶動距離感應(yīng)單元移動，增加其一 個維度，例如原本一維的距離感應(yīng)單元借由往復(fù)式機構(gòu)而達到二維距離感應(yīng)單元的測量效 果，或可將原本二維的距離感應(yīng)單元借由往復(fù)式機構(gòu)而達到三維距離感應(yīng)單元的測量效 果。由于本發(fā)明可解決傳統(tǒng)三維激光測距儀成本過高的問題，因而可廣泛應(yīng)用于機器人的 環(huán)境辨認與環(huán)境建置、障礙物檢測、定位等領(lǐng)域。以下在實施方式中詳細敘述本發(fā)明的詳細特征以及優(yōu)點，其內(nèi)容足以使任何本領(lǐng) 域技術(shù)人員了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容并據(jù)以實施，且根據(jù)本說明書所公開的內(nèi)容，任何本領(lǐng) 域技術(shù)人員可輕易地理解本發(fā)明相關(guān)的目的及優(yōu)點。


圖1為傳統(tǒng)二維激光測距儀的外觀示圖2為本發(fā)明的外觀示意圖。圖3為本發(fā)明的動作示意圖(一)。圖ζ〖為本發(fā)明的動作示意圖(二)。圖5為本發(fā)明的動作示意圖(三)。主要元件符號說明1............距離測量裝置10.............距離感應(yīng)單元11.............發(fā)射器12.............接收器20.............旋轉(zhuǎn)單元30.............驅(qū)動單元31.............座體32.............齒輪33.............齒條34.............凸輪40.............補償單元
具體實施例方式請參閱圖2所示，其顯示本發(fā)明的距離測量裝置。本發(fā)明的距離測量裝置1，包括距離感應(yīng)單元10、驅(qū)動單元30、補償單元40。距離感應(yīng)單元10，用以感測目標(biāo)物(圖未示)的距離值，其中，距離感應(yīng)單元10主 要可由發(fā)射器11與接收器12所組成，發(fā)射器11用以發(fā)出距離測量信號，接收器12用以接 收經(jīng)由目標(biāo)物反射的距離測量信號，借由其間距離測量信號往返所用時間感測距離感應(yīng)單 元10與目標(biāo)物的距離值。在本實施例中，發(fā)射器11優(yōu)選地可為具有激光二極管的激光發(fā) 射器，用以發(fā)射激光作為距離測量信號，但本發(fā)明非以此為限，發(fā)射器11或可為紅外線發(fā) 射器，用以發(fā)射紅外線作為距離測量信號，或是發(fā)射器11可為超聲波發(fā)射器，用以發(fā)射超 聲波作為距離測量信號，或是以其他光波或聲波進行距離測量。驅(qū)動單元30，用以驅(qū)動距離感應(yīng)單元10依據(jù)轉(zhuǎn)動角度轉(zhuǎn)動，在此，驅(qū)動單元30可 為往復(fù)式機構(gòu)，其優(yōu)選地可由座體31、齒輪32、齒條33及凸輪34所組成，其中，座體31用 以設(shè)置距離感應(yīng)單元10，并在座體31設(shè)置齒輪32使座體31可隨齒輪32轉(zhuǎn)動，而齒輪32 嚙合于齒條33，且齒條33的一端連接凸輪34，因此凸輪34旋轉(zhuǎn)時，可帶動齒條33進行往 復(fù)位移，并由齒條33帶動齒輪32轉(zhuǎn)動而驅(qū)動座體31轉(zhuǎn)動。只是前述關(guān)于驅(qū)動單元30的 結(jié)構(gòu)僅為舉例，本發(fā)明并非以此為限，驅(qū)動單元30或可為電機、多連桿往復(fù)式機構(gòu)或其他 往復(fù)式機構(gòu)，借以帶動距離感應(yīng)單元10在轉(zhuǎn)動角度內(nèi)反復(fù)轉(zhuǎn)動。補償單元40，在驅(qū)動單元30驅(qū)動距離感應(yīng)單元10轉(zhuǎn)動時拾取當(dāng)時的轉(zhuǎn)動角度，以 依據(jù)轉(zhuǎn)動角度提供補償值，并依據(jù)補償值與距離感應(yīng)單元10所感測的距離值取得實際距離。在此，補償單元40優(yōu)選地可為編碼器，但本發(fā)明非以此為限。在本實施例中，本發(fā)明以二維距離測量裝置為例，因此本發(fā)明還可包括旋轉(zhuǎn)單元 20，設(shè)置在座體31上，用以帶動距離感應(yīng)單元10依據(jù)旋轉(zhuǎn)角度旋轉(zhuǎn)。在此，旋轉(zhuǎn)單元20的 旋轉(zhuǎn)方向?qū)嵸|(zhì)上垂直于驅(qū)動單元30轉(zhuǎn)動的方向，例如驅(qū)動單元30驅(qū)動距離感應(yīng)單元10在 X-Y平面上轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)單元20帶動距離感應(yīng)單元10在X-Z平面(或可于Y-Z平面)上旋 轉(zhuǎn)，但本發(fā)明并非以此為限。再者，補償單元40可在旋轉(zhuǎn)單元20帶動距離感應(yīng)單元10旋 轉(zhuǎn)時拾取當(dāng)時的旋轉(zhuǎn)角度，以依據(jù)旋轉(zhuǎn)角度提供補償值。請參閱圖3、圖4及圖5所示，當(dāng)驅(qū)動單元30的凸輪34轉(zhuǎn)動時，帶動齒條33前進、 后退兩方向的往復(fù)位移，當(dāng)齒條33前進時，齒輪32順時針轉(zhuǎn)動帶動座體31向上轉(zhuǎn)動，使得 距離感應(yīng)單元10向上轉(zhuǎn)動；當(dāng)齒條33后退時，齒輪32逆時針轉(zhuǎn)動帶動座體31向下轉(zhuǎn)動， 使得距離感應(yīng)單元10向下轉(zhuǎn)動，且距離感應(yīng)單元10在轉(zhuǎn)動過程中持續(xù)以發(fā)射器11發(fā)出距 離測量信號，并以接收器12接收經(jīng)由目標(biāo)物反射的距離測量信號。在驅(qū)動單元30驅(qū)動距 離感應(yīng)單元10轉(zhuǎn)動時，旋轉(zhuǎn)單元20同時帶動距離感應(yīng)單元10在旋轉(zhuǎn)角度內(nèi)反復(fù)旋轉(zhuǎn)。補 償單元40可在驅(qū)動單元30驅(qū)動距離感應(yīng)單元10轉(zhuǎn)動時拾取當(dāng)時的轉(zhuǎn)動角度，同時在旋轉(zhuǎn) 單元20帶動距離感應(yīng)單元10旋轉(zhuǎn)時拾取當(dāng)時的旋轉(zhuǎn)角度，依據(jù)轉(zhuǎn)動角度與旋轉(zhuǎn)角度提供 補償值，再依據(jù)補償值與距離感應(yīng)單元10所感測的距離值取得實際距離。在此，補償單元 40拾取當(dāng)時的轉(zhuǎn)動角度與旋轉(zhuǎn)角度后，可進行空間座標(biāo)的轉(zhuǎn)換以取得目標(biāo)物的空間座標(biāo)， 并將目標(biāo)物的空間座標(biāo)與距離感應(yīng)單元10的座標(biāo)連結(jié)，借以取得目標(biāo)物與距離感應(yīng)單元 10的相對位置而計算出實際距離，因此可修正往復(fù)式機構(gòu)的簡諧運動所造成轉(zhuǎn)動變速度以 及旋轉(zhuǎn)軸位置不在中心位置所造成的誤差，得到類似三圍激光測距儀的效果。本發(fā)明以往復(fù)式機構(gòu)帶動距離感應(yīng)單元移動而增加其一個維度，例如原本一維的 距離感應(yīng)單元借由往復(fù)式機構(gòu)而達到二維距離感應(yīng)單元的測量效果，或可將原本二維的距 離感應(yīng)單元借由往復(fù)式機構(gòu)而達到三維距離感應(yīng)單元的測量效果，再者，本發(fā)明亦可將兩 組往復(fù)式機構(gòu)應(yīng)用到一維的距離感應(yīng)單元，使其增加兩個維度而達到三維距離感應(yīng)單元的 測量效果。本發(fā)明以成本低廉的往復(fù)式機構(gòu)增加距離感應(yīng)單元的測量維度，配合后端補償 單元拾取轉(zhuǎn)角修正往復(fù)式機構(gòu)造成的簡諧運動，可解決傳統(tǒng)三維激光測距儀成本過高的問 題，借此可廣泛應(yīng)用于機器人的環(huán)境辨認與環(huán)境建置、障礙物檢測、定位等領(lǐng)域。雖然本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容已經(jīng)以優(yōu)選實施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明， 任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神所作的些許更動與潤飾，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明 的范疇內(nèi)，因此本發(fā)明的保護范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種距離測量裝置，其特征在于，包括一距離感應(yīng)單元，用以感測一目標(biāo)物的一距離值；一驅(qū)動單元，用以驅(qū)動該距離感應(yīng)單元依據(jù)一轉(zhuǎn)動角度轉(zhuǎn)動；及一補償單元，依據(jù)該轉(zhuǎn)動角度提供一補償值，并依據(jù)該補償值與該距離值取得一實際 距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的距離測量裝置，其特征在于，還包括一旋轉(zhuǎn)單元，用以帶動 該距離感應(yīng)單元依據(jù)一旋轉(zhuǎn)角度旋轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的距離測量裝置，其特征在于，該驅(qū)動單元的轉(zhuǎn)動方向?qū)嵸|(zhì)上 垂直于該旋轉(zhuǎn)單元的旋轉(zhuǎn)方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的距離測量裝置，其特征在于，該補償單元依據(jù)該旋轉(zhuǎn)角度提 供該補償值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的距離測量裝置，其特征在于，該距離感應(yīng)單元包括一發(fā)射器 與一接收器，該發(fā)射器用以發(fā)出一距離測量信號，該接收器用以接收經(jīng)由該目標(biāo)物反射的 該距離測量信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的距離測量裝置，其特征在于，該發(fā)射器為一激光發(fā)射器。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的距離測量裝置，其特征在于，該發(fā)射器為一紅外線發(fā)射器。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的距離測量裝置，其特征在于，該發(fā)射器為一超聲波發(fā)射器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的距離測量裝置，其特征在于，該驅(qū)動單元包括一座體，用以設(shè)置該距離感應(yīng)單元；一齒輪，位于該座體側(cè)邊；一齒條，嚙合于該齒輪；及一凸輪，經(jīng)由旋轉(zhuǎn)而帶動該齒條進行往復(fù)位移，并由該齒條帶動該齒輪轉(zhuǎn)動而驅(qū)動該 座體轉(zhuǎn)動。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的距離測量裝置，其特征在于，該驅(qū)動單元為一電機。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的距離測量裝置，其特征在于，該補償單元為一多連桿往復(fù)式 機構(gòu)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的距離測量裝置，其特征在于，該補償單元為一編碼器。
全文摘要
一種距離測量裝置，包括距離感應(yīng)單元，用以感測目標(biāo)物的距離值；驅(qū)動單元，用以驅(qū)動距離感應(yīng)單元依據(jù)轉(zhuǎn)動角度轉(zhuǎn)動；及補償單元，依據(jù)轉(zhuǎn)動角度提供補償值，并依據(jù)補償值與距離值取得實際距離。
文檔編號G01S7/481GK102043153SQ200910179778
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月19日
發(fā)明者葉宜治, 榮必彰, 陳理律, 黎永升 申請人:微星科技股份有限公司