一種多線光學(xué)掃描測距裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)測距裝置及其方法，特別是涉及一種能實(shí)現(xiàn)多維度測量的光學(xué)測距裝置及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)掃描測距裝置是一種使用準(zhǔn)直光束，通過飛行時間(T0F)、三角測量等方法測量距離的設(shè)備。目前，通常的光學(xué)掃描測距裝置包括:光發(fā)射模塊、光學(xué)鏡頭、接收并處理信號的芯片、電機(jī)及滑環(huán)。光發(fā)射模塊發(fā)出光束，經(jīng)過準(zhǔn)直的光束發(fā)射到被測物體表面，反射到接收芯片上，通過測量發(fā)射到接收之間的時間，已知光速，即可求出被測物體到裝置的距離。通過電機(jī)旋轉(zhuǎn)可以得到一周360度的環(huán)境距離信號，目前廣泛應(yīng)用于機(jī)器人環(huán)境掃描、規(guī)劃路徑、安防檢測等。
[0003]但是，由于此種光學(xué)掃描測距裝置不能被不透光的材質(zhì)遮擋，因此在智能機(jī)器人中就必須留出很大一部分沒有遮擋物的環(huán)形空間，或者將光學(xué)掃描測距裝置固定在智能機(jī)器人頂端，這些因素很大的限制了智能機(jī)器人的體積和布局。
[0004]針對以上所述缺點(diǎn)，現(xiàn)有技術(shù)中的一種解決方式是，由于一般機(jī)器人大多數(shù)時間向機(jī)器人前方移動，只需測量機(jī)器人前方及兩側(cè)被測物體的距離即可，因此，僅需要在掃描測距裝置的探頭旋轉(zhuǎn)到機(jī)器人前方及兩側(cè)位置時，將機(jī)器人中前方及兩側(cè)的裝配測距裝置的相應(yīng)位置設(shè)置成沒有遮擋物的缺口形狀，而可以在機(jī)器人中后方的裝配測距裝置的相應(yīng)位置設(shè)置成具有遮擋物，從而有利于機(jī)器人在有限體積內(nèi)的布局。但是，當(dāng)掃描測距裝置探頭的出光和接收光開口旋轉(zhuǎn)到遮擋部分時，便不能有效利用掃描測距裝置進(jìn)行測距，使得掃描測距裝置的掃描利用率低。
[0005]此外，通常的光學(xué)掃描測距裝置只能得到一個維度的環(huán)境距離信號，在垂直于光學(xué)掃描的方向存在很大的盲區(qū)，這對于智能機(jī)器人規(guī)劃路徑和智能導(dǎo)航都有極大的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服現(xiàn)有的光學(xué)掃描測距裝置限制智能機(jī)器人的體積和布局、掃描利用率低、及在垂直于光學(xué)掃描的方向存在很大的盲區(qū)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種多線光學(xué)掃描測距裝置及其方法，不僅能提高智能機(jī)器人內(nèi)部的空間及掃描測距裝置的掃描利用率，而且能將一維光學(xué)測距雷達(dá)轉(zhuǎn)化為多線光學(xué)測距雷達(dá)，減小智能機(jī)器人的盲區(qū)。
[0007]本發(fā)明為解決其所要解決的技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:在普通的光學(xué)掃描測距裝置的基礎(chǔ)之上，添加由平面反射鏡、電機(jī)、傳動結(jié)構(gòu)組成的裝置。當(dāng)光學(xué)掃描測距裝置的探頭旋轉(zhuǎn)到平面反射鏡一側(cè)時，由于平面反射鏡具有夾角結(jié)構(gòu)，發(fā)射光束通過兩次反射達(dá)到目標(biāo)探測方向，使得光學(xué)掃描測距裝置可實(shí)現(xiàn)在設(shè)定的目標(biāo)角度循環(huán)測量。在此基礎(chǔ)之上，還可進(jìn)一步用電機(jī)控制平面反射鏡，調(diào)節(jié)其與水平面的夾角，每當(dāng)光學(xué)掃描測距裝置的探頭旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)方向角度時，改變平面反射鏡與水平面的夾角，直到光學(xué)掃描測距裝置的探頭旋轉(zhuǎn)通過平面反射鏡，然后再通過電機(jī)改變平面反射鏡與水平面的夾角，按照設(shè)定的多個角度循環(huán)，即可得到多線光學(xué)掃描測距裝置。平面反射鏡掃描裝置的外側(cè)可隨智能機(jī)器人的結(jié)構(gòu)布置，不必考慮遮擋光束，并且能夠達(dá)到目標(biāo)探測方向在垂直于光學(xué)掃描測距裝置的水平維度內(nèi)減小盲區(qū)，實(shí)現(xiàn)多線掃描測距。
[0008]具體而言，本發(fā)明提供了一種光學(xué)掃描測距裝置，所述光學(xué)掃描測距裝置包括:光學(xué)掃描測距裝置主體、光學(xué)掃描測距裝置旋轉(zhuǎn)探頭、上平面反射鏡、下平面反射鏡，其中所述上平面反射鏡和下平面反射鏡具有夾角;所述光學(xué)掃描測距裝置旋轉(zhuǎn)探頭包括光發(fā)射模塊、光學(xué)透鏡、光接收模塊、信號處理模塊;所述光學(xué)掃描測距裝置主體包括電機(jī)及滑環(huán)。
[0009]在其中的一實(shí)施例，所述光學(xué)掃描測距裝置主體包括電機(jī)、無線供電裝置及無線信號傳輸模塊，不具有滑環(huán)。
[0010]在其中一實(shí)施例，所述光學(xué)掃描測距裝置探頭也可以是發(fā)射模塊、光接收模塊、信號處理模塊不旋轉(zhuǎn)，而是通過設(shè)計(jì)光路，將光路上的光學(xué)元件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)360度或者任何可控角度范圍的光學(xué)掃描測距。例如發(fā)射模塊固定不同，發(fā)出光線照到反射鏡，通過反射鏡360度旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對360度范圍內(nèi)的掃描測距。
[0011]在其中的一實(shí)施例，所述上平面反射鏡和下平面反射鏡固定成90度夾角，上平面反射鏡與水平面成45度夾角。
[0012]在其中的一實(shí)施例，所述光學(xué)掃描測距裝置還包括控制平面反射鏡轉(zhuǎn)動的電機(jī)，所述電機(jī)控制上平面反射鏡轉(zhuǎn)動，用于改變上平面反射鏡和下平面反射鏡的夾角。
[0013]在其中的一實(shí)施例，所述電機(jī)的數(shù)量為一個、兩個或多于兩個，所述電機(jī)控制上平面反射鏡單獨(dú)轉(zhuǎn)動、或者控制下平面反射鏡單獨(dú)轉(zhuǎn)動、或者控制上平面反射鏡和下平面反射鏡都轉(zhuǎn)動。
[0014]在其中的一實(shí)施例，反射鏡為多組由上平面反射鏡和下平面反射鏡構(gòu)成的反射鏡組的組合，所述反射鏡組的數(shù)量為兩個或者多于兩個，所述多個反射鏡組之間以垂直于水平面方向?yàn)檩S具有夾角，所述上平面反射鏡和下平面反射鏡之間具有夾角。
[0015]在其中的一實(shí)施例，所述上平面反射鏡和下平面反射鏡為平面或者為曲面。
[0016]本發(fā)明涉及一種多線掃描測距的方法，光學(xué)掃描測距裝置包括:光學(xué)掃描測距裝置主體、光學(xué)掃描測距裝置旋轉(zhuǎn)探頭、上平面反射鏡、下平面反射鏡，所述上平面反射鏡和下平面反射鏡固定成90度夾角，上平面反射鏡與水平面成45度夾角；
多線掃描測距步驟為:
步驟一:光學(xué)掃描測距裝置旋轉(zhuǎn)探頭發(fā)出光束，旋轉(zhuǎn)到被測物體方向，光束直接照射到被測物體，經(jīng)過被測物體的反射，反射光被接收模塊接收，對被測物體第一次掃描測距；步驟二:光學(xué)掃描測距裝置旋轉(zhuǎn)探頭旋轉(zhuǎn)到反射鏡方向，光學(xué)掃描測距裝置發(fā)出的光束，照射到下平面反射鏡，經(jīng)過反射，照射到上平面反射鏡，光束水平射出，照射到被測物體；
步驟三:經(jīng)過被測物體反射，反射光依次照射到上平面反射鏡和下平面反射鏡，最后被光學(xué)掃描測距裝置旋轉(zhuǎn)探頭中的光接收模塊所接收，對掃描過的被測物體在另一水平面掃描，完成被測物體的第二次掃描測距；
步驟四:光學(xué)掃描測距裝置旋轉(zhuǎn)探頭不斷旋轉(zhuǎn)，重復(fù)以上步驟。
[0017]本發(fā)明涉及另一種多線掃描測距的方法，光學(xué)掃描測距裝置包括:光學(xué)掃描測距裝置主體、光學(xué)掃描測距裝置旋轉(zhuǎn)探頭、上平面反射鏡、下平面反射鏡、電機(jī)，所述電機(jī)用于改變上平面反射鏡和水平面的夾角；
多線掃描測距步驟為:
步驟一:光學(xué)掃描測距裝置旋轉(zhuǎn)探頭發(fā)出光束，旋轉(zhuǎn)到被測物體方向，光束直接照射到被測物體，經(jīng)過被測物體的反射，反射光被接收模塊接收，對被測物體第一次掃描測距；步驟二:光學(xué)掃描測距裝置旋轉(zhuǎn)探頭旋轉(zhuǎn)到反射鏡方向，光學(xué)掃描測距裝置發(fā)出的光束，照射到下平面反射鏡，經(jīng)過反射，照射到上平面反射鏡，光束水平射出，照射到被測物體;經(jīng)過被測物體反射，反射光依次照射到上平面反射鏡和下平面反射鏡，最后被光學(xué)掃描測距裝置旋轉(zhuǎn)探頭中的光接收模塊所接收，對掃描過的被測物體在另一水平面掃描，完成被測物體的另一次掃描測距；
步驟三:控制電機(jī)，使得上平面反射鏡與水平面的夾角隨光學(xué)掃描測距裝置旋轉(zhuǎn)探頭旋轉(zhuǎn)周期改變，對上平面反射鏡與水平面形成的每個夾角的狀態(tài)，都重復(fù)步驟二，對掃描過的被測物體在多個不同水平面掃描，完成被測物體的多次掃描測距。
[0018]本發(fā)明涉及另一種多線掃描測距的方法，光學(xué)掃描測距裝置包括:光學(xué)掃描測距裝置主體、光學(xué)掃描測距裝置旋轉(zhuǎn)探頭、上平面反射鏡、下平面反射鏡、電機(jī)，所述電機(jī)為一個、兩個或者多于兩個，所述電機(jī)控制上平面反射鏡單獨(dú)轉(zhuǎn)動、或者控制下平面反射鏡單獨(dú)轉(zhuǎn)動、或者控制上平面反射鏡和下平面反射鏡都轉(zhuǎn)動；