一種小型紅外探測(cè)與測(cè)量裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本申請(qǐng)涉及一種小型紅外探測(cè)與測(cè)量裝置，包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分、紅外光發(fā)射模塊、光電測(cè)距模塊、底座、傳動(dòng)帶、軸承、滑環(huán)及電路板。光電測(cè)距模塊基于飛行時(shí)間法得到所述小型紅外探測(cè)與測(cè)量裝置與被測(cè)物體之間的距離。通過(guò)采用LED作為光源，并且基于飛行時(shí)間法測(cè)量距離，使得紅外光發(fā)射模塊與光電測(cè)距模塊不需要固定的角度要求，使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，占用空間小，而且可以測(cè)到15m處的被測(cè)物體。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種小型紅外探測(cè)與測(cè)量裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本申請(qǐng)涉及一種光電測(cè)距裝置，尤其涉及一種基于飛行時(shí)間(Time of Flight，簡(jiǎn)稱(chēng)T0F)法的小型紅外探測(cè)與測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，最常見(jiàn)的光學(xué)測(cè)距方法為三角測(cè)距法，主要采用激光光源，但是激光容易對(duì)人或者動(dòng)物眼睛造成安全傷害。采用三角測(cè)量法時(shí)，計(jì)算得到的距離值精度不均勻，并且對(duì)遠(yuǎn)距離范圍的測(cè)量隨角度誤差增大，計(jì)算距離精度大幅下降。在三角測(cè)距法中，需要將激光光源與測(cè)距單元設(shè)置成具有一定的角度與距離且處于同一平面內(nèi)的支撐結(jié)構(gòu)，這樣就限制了結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使得測(cè)距裝置的體積較大。目前常見(jiàn)的三角測(cè)距法的裝置，測(cè)量距離小，只有6_7m。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)測(cè)距裝置激光光源不安全，裝置體積較大，及測(cè)量距離有限的缺陷。本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N基于飛行時(shí)間法的紅外探測(cè)與測(cè)量裝置。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)方面，提供了一種小型紅外探測(cè)與測(cè)量裝置，包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分、紅外光發(fā)射模塊、光電測(cè)距模塊、底座、傳動(dòng)帶、軸承、滑環(huán)及電路板。其中，旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分位于底座上方，驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定于底座，傳動(dòng)帶套于電機(jī)轉(zhuǎn)輪和旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分外周，驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分相對(duì)于底座不斷旋轉(zhuǎn)，滑環(huán)位于旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分中心軸處，滑環(huán)一端連接旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分內(nèi)部的電路板，另一端與外部設(shè)備連接，紅外光發(fā)射模塊、光電測(cè)距模塊分別與電路板連接，軸承與旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分和底座分別連接。
[0005]進(jìn)一步地，紅外光發(fā)射模塊固定于旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分內(nèi)，發(fā)出紅外探測(cè)光，該紅外探測(cè)光遇到被測(cè)物體后被反射，固定于旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分內(nèi)部的光電測(cè)距模塊收到反射回的紅外探測(cè)光，基于飛行時(shí)間法得到小型紅外探測(cè)與測(cè)量裝置與被測(cè)物體之間的距離。
[0006]在其中一實(shí)施例中，紅外光發(fā)射模塊上固定設(shè)置有紅外光源，紅外光源為激光光源或者為發(fā)光二極管(Light Emitting D1de，簡(jiǎn)稱(chēng)LED)光源。
[0007]在其中一實(shí)施例中，紅外光源為L(zhǎng)ED，LED的個(gè)數(shù)為2、4、6或8個(gè)。
[0008]在其中一實(shí)施例中，光電測(cè)距模塊通過(guò)由紅外光發(fā)射模塊發(fā)射出的紅外探測(cè)光與由光電測(cè)距模塊接收的反射紅外光的相位差，基于飛行時(shí)間法得到小型紅外探測(cè)與測(cè)量裝置與被測(cè)物體之間的距離。
[0009]在其中一實(shí)施例中，所述紅外光發(fā)射模塊所發(fā)出的紅外探測(cè)光光路上設(shè)置有紅外光發(fā)射透鏡，該紅外光發(fā)射透鏡固定于旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分內(nèi)部;光電測(cè)距模塊的接收紅外光光路上設(shè)置有紅外接收透鏡，該紅外接收透鏡固定于旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分內(nèi)部。
[0010]在其中一實(shí)施例中，紅外光發(fā)射透鏡和紅外光接收透鏡為會(huì)聚透鏡，紅外光發(fā)射透鏡和紅外光接收透鏡設(shè)置有中心波長(zhǎng)為850nm的帶通濾波膜。
[0011]在其中一實(shí)施例中，光電測(cè)距模塊固定設(shè)置測(cè)距芯片EPC600、EPC610或EPC660。
[0012]在其中一實(shí)施例中，光電測(cè)距模塊包括紅外光接收傳感器，紅外光接收傳感器為單獨(dú)一個(gè)傳感器、或者為由多個(gè)獨(dú)立工作傳感器構(gòu)成的平面陣列傳感器。
[0013]在其中一實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)為三相電機(jī)或直流電機(jī)。
[0014]在其中一實(shí)施例中，在底座上、并且以旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分中心軸為中心，均勻固定設(shè)置有光電編碼盤(pán)，所述光電編碼盤(pán)用于確定旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分相對(duì)于所述底座的旋轉(zhuǎn)位置。
[0015]在其中一實(shí)施例中，小型紅外探測(cè)與測(cè)量裝置用于行走機(jī)器人、掃地機(jī)器人、無(wú)人機(jī)、或智能機(jī)器移動(dòng)設(shè)備對(duì)周?chē)h(huán)境的掃描探測(cè)。
[0016]通過(guò)采用LED作為光源，并且基于飛行時(shí)間法測(cè)量距離，使得紅外光發(fā)射模塊與光電測(cè)距模塊不需要固定的角度要求，使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，占用空間小，而且可以測(cè)到15m處的被測(cè)物體。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本申請(qǐng)小型紅外探測(cè)與測(cè)量裝置示意圖。
[0018]圖2是本申請(qǐng)小型紅外探測(cè)與測(cè)量裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3是本申請(qǐng)小型紅外探測(cè)與測(cè)量裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖4是本申請(qǐng)小型紅外探測(cè)與測(cè)量裝置工作光路示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。本申請(qǐng)中的“第一”、“第二”等是用于區(qū)別類(lèi)似的對(duì)象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應(yīng)該理解這樣使用的數(shù)據(jù)在適當(dāng)情況下可以互換，以便這里描述的本申請(qǐng)的實(shí)施例。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本申請(qǐng)。
[0022]本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種小型紅外探測(cè)與測(cè)量裝置。
[0023]如附圖1-4所示，該小型紅外探測(cè)與測(cè)量裝置包括:
[0024]旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分I，旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分I具有外殼，外殼上具有使光束通過(guò)的透光孔。旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分I內(nèi)部固定設(shè)置有紅外光發(fā)射模塊，該紅外光發(fā)射模塊與電路板相連接，電路板中具有用于紅外光發(fā)射模塊供電及控制的電路。在工作狀態(tài)下，紅外光發(fā)射模塊接收到測(cè)量指令后，在驅(qū)動(dòng)電路協(xié)議下驅(qū)動(dòng)紅外光發(fā)射模塊上的紅外光源4，通過(guò)調(diào)制信號(hào)的調(diào)制發(fā)出峰值波長(zhǎng)在850nm的第一紅外探測(cè)光線，該第一紅外探測(cè)光線通過(guò)旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分外殼上的第一透光孔，照射到外部需要探測(cè)的環(huán)境中。當(dāng)環(huán)境中具有障礙物等物體時(shí)，該第一紅外探測(cè)光線照射到物體上，被物體反射，得到第二紅外探測(cè)光線，該經(jīng)過(guò)物體反射的第二紅外探測(cè)光線通過(guò)旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分外殼上的第二透光孔，射入旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分內(nèi)部。該第二紅外探測(cè)光線被固定設(shè)置于旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分I內(nèi)部的光電測(cè)距模塊5所接收，光電測(cè)距模塊與電路板連接，光電測(cè)距模塊接收到第二紅外探測(cè)光，與第一紅外探測(cè)光進(jìn)行比較，得到第一紅外探測(cè)光與第二紅外探測(cè)光的相位差，基于飛行時(shí)間法(Time of Flight，簡(jiǎn)稱(chēng)T0F)計(jì)算得到小型紅外探測(cè)與測(cè)量裝置和環(huán)境中物體之間的距離信息。由于采用了飛行時(shí)間法，可以探測(cè)到環(huán)境中距小型紅外探測(cè)與測(cè)量裝置15米處的被測(cè)物體。另外，通過(guò)控制調(diào)制信號(hào)的頻率，測(cè)量裝置的探測(cè)距離進(jìn)一步擴(kuò)展。
[0025]底座2，位于旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分I下方，當(dāng)小型紅外探測(cè)與測(cè)量裝置工作時(shí)，旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分相對(duì)于底座以360度不斷旋轉(zhuǎn)，對(duì)小型紅外探測(cè)與測(cè)量裝置360度范圍內(nèi)的全景環(huán)境進(jìn)行掃描探測(cè)。
[0026]驅(qū)動(dòng)電機(jī)3，該驅(qū)動(dòng)電機(jī)主體固定于底座2下方，轉(zhuǎn)子軸通過(guò)底座上的通孔穿過(guò)底座，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸突出于底座上表面。在突出于底座上表面的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸頂端固定有電機(jī)轉(zhuǎn)輪。該驅(qū)動(dòng)電機(jī)為直流電機(jī)、或者為三相電機(jī)。
[0027]傳動(dòng)帶，呈具有彈性的圓圈狀，套于電機(jī)轉(zhuǎn)輪和旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分外殼的外周，處于緊繃狀態(tài)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)輪和傳動(dòng)帶，帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分相對(duì)于底座旋轉(zhuǎn)。
[0028]軸承，位于旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分底部的旋轉(zhuǎn)中心軸處，軸承的外圈與底座固定連接，內(nèi)圈與旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分固定連接。
[0029]滑環(huán)，位于旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分底部的旋轉(zhuǎn)中心軸處，滑環(huán)的一端與旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分內(nèi)部的電路板連接，另一端與外部設(shè)備聯(lián)系?；h(huán)用于對(duì)旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分的內(nèi)部元件進(jìn)行供電，以及將旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分得到的距離信息傳出。
[0030]其中，紅外發(fā)光模塊上固定設(shè)置的紅外光源4為激光光源或者為發(fā)光二極管LED光源。其中在優(yōu)選的實(shí)施例中，光源為L(zhǎng)ED光源，個(gè)數(shù)為2個(gè)或者更多。在優(yōu)選的實(shí)施例中，紅外光發(fā)射模塊中具有4個(gè)紅外LED光源。
[0031]由于LED光源具有較大發(fā)散角，為了將LED發(fā)出的發(fā)散光會(huì)聚，以小發(fā)散角發(fā)射出旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分，在優(yōu)選的實(shí)施例中，還在LED發(fā)出的光路上、且在旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分內(nèi)部，設(shè)置有紅外光發(fā)射透鏡6，通過(guò)優(yōu)化紅外光發(fā)射透鏡6的直徑、厚度及曲率半徑，經(jīng)過(guò)紅外光發(fā)射透鏡后，第一紅外探測(cè)光的發(fā)散角減小到3度或者更小，該第一紅外探測(cè)光具有一定的橫截面積。其中，紅外光發(fā)射透鏡6為會(huì)聚透鏡。
[0032]為了將更多的被物體反射的第二紅外探測(cè)光線收集到光電測(cè)距模塊，在光電測(cè)距模塊的接收紅外光光路上設(shè)置有紅外光接收透鏡7，該紅外光接收透鏡7為會(huì)聚透鏡，將被物體反射回的第二紅外探測(cè)光聚焦到光電測(cè)距模塊上。在優(yōu)選的實(shí)施例中，紅外光接收透鏡為前后設(shè)置的兩片會(huì)聚透鏡。
[0033]在優(yōu)選的實(shí)施例中，為了減少環(huán)境光的干擾，在可選的實(shí)施例中，在紅外光發(fā)射透鏡和紅外光接收透鏡都設(shè)置有紅外光濾波膜，優(yōu)選為中心波長(zhǎng)為850nm的帶通濾波膜，其中帶寬為44±5nm。
[0034]其中，光電測(cè)距模塊中設(shè)置有測(cè)距芯片，在優(yōu)選的實(shí)施例中，該測(cè)距芯片為EPC600、或者為 EPC610、或者為 EPC660。
[0035]其中，光電測(cè)距模塊5包括紅外光接收傳感器，紅外光接收傳感器為單獨(dú)一個(gè)傳感器、或者為由多個(gè)獨(dú)立工作傳感器構(gòu)成的平面陣列傳感器。在其中的一實(shí)施例中，傳感器上設(shè)置有中心波長(zhǎng)為850nm的帶通濾波膜。
[0036]在該小型紅外探測(cè)與測(cè)量裝置工作時(shí)，由于旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分不斷旋轉(zhuǎn)，為了準(zhǔn)確確定所探測(cè)到的距離數(shù)據(jù)是在哪個(gè)具體角度方位，確定旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分相對(duì)于底座的旋轉(zhuǎn)位置，在該小型紅外探測(cè)與測(cè)量裝置的底座上還設(shè)置有光電編碼盤(pán)。該光電編碼盤(pán)以旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分中心軸為中心，均勻固定設(shè)置。該光電編碼盤(pán)由間距相同的、以圓周形狀設(shè)置的凸起組成，所述凸起為具有一定高度和寬度的矩形凸起，其中的一個(gè)凸起與其余的凸起具有不同的寬度。
[0037]在其中一實(shí)施例中，小型紅外探測(cè)與測(cè)量裝置用于行走機(jī)器人、掃地機(jī)器人、或無(wú)人機(jī)，或者類(lèi)似的智能機(jī)器移動(dòng)設(shè)備，對(duì)周?chē)h(huán)境的掃描探測(cè)。
[0038]以上所述僅為本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本申請(qǐng)，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本申請(qǐng)可以有各種更改和變化。凡在本申請(qǐng)的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種小型紅外探測(cè)與測(cè)量裝置，包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分、紅外光發(fā)射模塊、光電測(cè)距模塊、底座、傳動(dòng)帶、軸承、滑環(huán)及電路板； 其中，所述旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分位于底座上方，所述傳動(dòng)帶套于電機(jī)轉(zhuǎn)輪和旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分外周，驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分相對(duì)于底座不斷旋轉(zhuǎn)，所述滑環(huán)位于旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分中心軸處，滑環(huán)一端連接旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分內(nèi)部的電路板，另一端與外部設(shè)備連接，所述紅外光發(fā)射模塊、光電測(cè)距模塊分別與電路板連接，軸承與旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分和底座分別連接； 其特征在于，所述紅外光發(fā)射模塊固定于旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分內(nèi)，發(fā)出紅外探測(cè)光，所述紅外探測(cè)光遇到被測(cè)物體后被反射，固定于旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分內(nèi)部的光電測(cè)距模塊收到反射回的紅外探測(cè)光，基于飛行時(shí)間法得到所述小型紅外探測(cè)與測(cè)量裝置與被測(cè)物體之間的距離。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型紅外探測(cè)與測(cè)量裝置，其特征在于，所述紅外光發(fā)射模塊上固定設(shè)置有紅外光源，所述紅外光源為激光光源或者為L(zhǎng)ED光源。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種小型紅外探測(cè)與測(cè)量裝置，其特征在于，所述紅外光源為L(zhǎng)ED，LED的個(gè)數(shù)為2、4、或6個(gè)。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種小型紅外探測(cè)與測(cè)量裝置，其特征在于，所述光電測(cè)距模塊通過(guò)由紅外光發(fā)射模塊發(fā)射出的紅外探測(cè)光與由光電測(cè)距模塊接收的反射紅外光的相位差，基于飛行時(shí)間法得到所述小型紅外探測(cè)與測(cè)量裝置與被測(cè)物體之間的距離。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種小型紅外探測(cè)與測(cè)量裝置，其特征在于，所述紅外光發(fā)射模塊所發(fā)出的紅外探測(cè)光光路上設(shè)置有紅外光發(fā)射透鏡，該紅外光發(fā)射透鏡固定于旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分內(nèi)部;所述光電測(cè)距模塊的接收紅外光光路上設(shè)置有紅外光接收透鏡，該紅外光接收透鏡固定于旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分內(nèi)部。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種小型紅外探測(cè)與測(cè)量裝置，其特征在于，所述紅外光發(fā)射透鏡和紅外光接收透鏡為會(huì)聚透鏡，所述紅外光發(fā)射透鏡和紅外光接收透鏡設(shè)置有中心波長(zhǎng)為850nm帶通濾波膜。7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種小型紅外探測(cè)與測(cè)量裝置，其特征在于，光電測(cè)距模塊固定設(shè)置有測(cè)距芯片EPC600、EPC610或EPC660。8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種小型紅外探測(cè)與測(cè)量裝置，其特征在于，所述光電測(cè)距模塊包括紅外光接收傳感器，所述紅外光接收傳感器為單獨(dú)一個(gè)傳感器、或者為由多個(gè)獨(dú)立工作傳感器構(gòu)成的平面陣列傳感器。9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種小型紅外探測(cè)與測(cè)量裝置，其特征在于，在所述底座上、并且以旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分中心軸為中心，均勻固定設(shè)置有光電編碼盤(pán)，所述光電編碼盤(pán)用于確定旋轉(zhuǎn)探測(cè)部分相對(duì)于所述底座的旋轉(zhuǎn)位置;所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)為三相電機(jī)或直流電機(jī)。10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種小型紅外探測(cè)與測(cè)量裝置，其特征在于，所述小型紅外探測(cè)與測(cè)量裝置用于行走機(jī)器人、掃地機(jī)器人、無(wú)人機(jī)，或智能機(jī)器移動(dòng)設(shè)備對(duì)周?chē)h(huán)境的掃描探測(cè)。
【文檔編號(hào)】G01S17/08GK205594164SQ201620436803
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月13日
【發(fā)明人】疏達(dá), 鄭凱, 李 遠(yuǎn)
【申請(qǐng)人】北醒（北京）光子科技有限公司