该技术已申请专利。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。

1.本公开涉及自主移动设备的具体结构，具体地涉及激光雷达传感器及自主移动设备。


背景技术：

2.目前，自主移动设备是指在自主执行预设任务的智能移动设备，目前自主移动设备通常包括但不限于清洁机器人(例如智能扫地机、智能擦地机、擦窗机器人)、陪伴性移动机器人(例如智能电子宠物、保姆机器人)、服务型移动机器人(例如酒店、旅馆、会晤场所的接待机器人)、工业巡检智能装置(例如电力巡检机器人、智能叉车等)、安防机器人(例如家用或商用智能警卫机器人)。
3.在这些自主移动设备中，存在包括激光雷达传感器的自主移动设备，激光雷达传感器用于感测周围环境参数(包括自主移动设备与障碍物之间的距离参数等)并且将这些周围环境参数发送给自主移动设备的控制组件，从而实现自主移动设备的自主导航以及避免与障碍物发生碰撞。在这种自主移动设备中，为了使得自主移动设备顺利地实现导航功能和防撞功能，需要激光雷达传感器具有足够多的激光扫描线来实现这样的功能需求。但是现有的激光雷达传感器的用于实现足够多的激光扫描线的结构复杂，成本较高。


技术实现要素：

4.基于上述现有技术的问题，本公开的一个目的在于提供一种新型的激光雷达传感器，其能够以相对简单的结构和较低的成本实现足够多的激光扫描线。本公开的另一个目的在于提供一种包括上述激光雷达传感器的自主移动设备，利用该激光雷达传感器使得自主移动设备能够顺利地实现导航功能和防撞功能。
5.为了实现上述目的，本公开采用如下的技术方案。
6.本公开提供了一种如下的激光雷达传感器，所述激光雷达传感器包括：
7.发射部件，其用于发射激光；
8.扫描转镜，其包括反射部，所述反射部包括绕着所述扫描转镜的旋转轴线布置的至少三个反射镜面，在所述至少三个反射镜面中，第一反射镜面与所述旋转轴线之间形成第一夹角且第二反射镜面与所述旋转轴线之间形成第二夹角，所述第一夹角与所述第二夹角不同，使得同一所述激光经由所述第一反射镜面和所述第二反射镜面反射之后形成的扫描线在垂直视场中延伸方向不同；以及
9.接收部件，所述接收部件探测由所述扫描转镜接收的目标物的反射光。
10.在一种可选的方案中，所述第一反射镜面与所述旋转轴线平行。
11.在另一种可选的方案中，在所述至少三个反射镜面中，第三反射镜面与所述旋转轴线之间形成第三夹角，所述第三夹角与所述第一夹角和所述第二夹角均不同。
12.在另一种可选的方案中，所述扫描转镜还包括接收部，所述接收部包括接收镜面，每个所述接收镜面与对应的所述反射镜面成组布置且彼此平行，所述接收镜面用于接收所
述目标物的反射光，
13.在所述旋转轴线的延伸方向上，所述反射部和所述接收部之间设置有挡光元件，使得所述反射部和所述接收部被所述挡光元件分隔开。
14.在另一种可选的方案中，所述挡光元件为挡板，所述挡板沿垂直于所述旋转轴线的平面延展。
15.在另一种可选的方案中，所述发射部件包括仅一个激光器，所述激光器能够发射一路激光；或者
16.所述发射部件包括多个激光器，每个所述激光器能够发射一路激光；或者
17.所述发射部件包括一个激光器以及分光系统，所述一个激光器发射的激光经过所述分光系统分成多路激光。
18.在另一种可选的方案中，所述接收部件包括与所述激光的数量相同的接收器。
19.本公开还提供了一种如下的自主移动设备，所述自主移动设备包括以上技术方案中任意一项技术方案所述的激光雷达传感器，所述激光雷达传感器设置在所述自主移动设备的侧部边缘。
20.在一种可选的方案中，当所述自主移动设备在行进面上行进的过程中，所述发射部件发射的激光能够始终产生用于所述自主移动设备在所述行进面上导航的基准扫描线。
21.在另一种可选的方案中，在所述扫描转镜旋转一周的过程中，同一所述激光通过所述扫描转镜的不同的反射镜面实现至少三条不同的扫描线。
22.在另一种可选的方案中，对于同一所述激光，所述基准扫描线与所述行进面平行，其它扫描线相对于所述基准扫描线朝向所述行进面倾斜地延伸。
23.通过采用上述技术方案，本公开提供了一种新型的激光雷达传感器，该激光雷达传感器的扫描转镜的至少两个反射镜面与其旋转轴线所成的角度不同，由此同一激光通过扫描转镜的这些镜面所产生的扫描线在激光雷达传感器的垂直视场中的延伸方向不同。这样，本公开的激光雷达传感器可以通过同样数量的激光在垂直视场中实现更多的扫描线，从而有利于以相对简单的结构和较低的成本实现足够多的激光扫描线。本公开还提供了一种包括上述激光雷达传感器的自主移动设备，利用该激光雷达传感器产生的足够的激光扫描线，使得自主移动设备能够顺利地实现导航功能和防撞功能。
24.另外，在一种可选的方案中，扫描转镜不仅包括反射镜面还包括接收镜面，接收镜面用于接收目标物的反射光，每个接收镜面与对应的反射镜面成组布置且彼此平行。对于每组接收镜面和反射镜面，在扫描转镜的旋转轴线的延伸方向上，挡光元件位于接收镜面和反射镜面之间，从而使得接收镜面和反射镜面被挡光元件分隔开。也就是说，挡光元件将扫描转镜的反射部和接收部分隔开。这样，在同一扫描转镜上构造由挡光元件分隔开的反射镜面和接收镜面，能够减小反射镜面反射发射光和接收镜面接收反射光两个过程之间发生的干扰。进而，通过减小发射光对反射光的干扰，避免造成探测器接收到错误的信号而导致对障碍物的判断错误，这有利于改善本技术的激光雷达传感器的测量精准度。在进一步可选的方案中，挡光元件采用沿着与扫描转镜的旋转轴线垂直的平面延展的挡光板的形式，该挡光板的外周部可以相对于反射镜面和接收镜面朝向外侧突出，从而更有效地减小发射光对反射光的干扰，改善激光雷达传感器的测量精准度。另外，此种形式的激光雷达传感器可以设置在自主移动设备，例如自移动清洁设备(扫地机)的主体部的侧部边缘(优选
前侧部边缘)位置。这样，相比于传统的激光雷达传感器设置在自移动清洁设备的顶部的设计，降低了自移动清洁设备的厚度，有利于自移动清洁设备通过低矮障碍物与待清洁面之间的较小间隙。
附图说明
25.图1a是示出了根据本公开的第一实施例的激光雷达传感器的局部结构的示意图。
26.图1b是示出了图1a中的激光雷达传感器的扫描转镜的立体示意图。
27.图1c至图1f是用于说明扫描转镜在旋转过程中一个反射镜面扫描激光的过程的示意图。
28.图2a是示出了根据本公开的第二实施例的激光雷达传感器的局部结构的示意图。
29.图2b是示出了图2a中的激光雷达传感器的扫描转镜的立体示意图。
30.图2c是示出了图2a中的激光雷达传感器的工作过程的示意图。
31.图3a是示出了根据本公开的一实施例的自主移动设备的结构的示意图。
32.图3b是示出了图3a中的自主移动设备的局部结构的示意图。
33.图3c至图3f是用于说明图3a中的自主移动设备的不同工作场景的示意图。
34.图3g是用于说明图3a中的自主移动设备的变型例的工作场景的示意图。
35.附图标记说明
36.la—激光雷达传感器；ma—主体部；wh—车轮；s—待清洁面(行进面的示例)；ta—目标物；
37.1—发射部件；
38.2、2’—扫描转镜；21—第一反射镜面；22—第二反射镜面；23—第三反射镜面；24—底面；25—顶面；21’—挡光元件；o—旋转轴线；
39.3—接收部件。
具体实施方式
40.下面对照附图说明本公开的实施例。为了易于理解，在各附图所示的要素中可能包含尺寸和比例尺等与实际的尺寸和比例尺等不同地表示的要素。
41.在本公开中，“前(前侧)”、“后(后侧)”、“左(左侧)”、“右(右侧)”、“上(上侧)”、“下(下侧)”均是相对于根据本公开的自主移动设备的工作状态而言的。具体地，“前(前侧)”、“后(后侧)”是指当根据本公开的自主移动设备在待清洁面上处于工作状态时，在该自主移动设备的通常前进方向上的前侧和后侧，“左(左侧)”、“右(右侧)”是指朝向通常前进方向的前侧观察时的左侧和右侧，上(上侧)”、“下(下侧)”是指当根据本公开的自主移动设备在待清洁面上处于工作状态时，在与待清洁面垂直的高度方向上的上侧和下侧。
42.根据本公开的自主移动设备能够根据预设的控制方案进行自主移动，并且在自主移动过程中对待清洁面进行有效的清洁作业。待清洁面可以是平面或者曲率半径较大的曲面，典型地例如建筑物中各房间内的地面。另外，清洁作业包括但不限于扫地、拖地、吸尘等。
43.以下结合说明书附图对根据本公开的第一实施例的激光雷达传感器进行说明。
44.(根据本公开的第一实施例的激光雷达传感器)
45.如图1a所示，根据本公开的第一实施例的激光雷达传感器la包括发射部件1、扫描转镜2和接收部件(图中未示出)。
46.在本实施例中，如图1a所示，发射部件1包括用于发射准直的激光的激光器。具体地，发射部件1可以包括仅一个激光器，该激光器能够发射一路激光；或者发射部件1也可以包括并排配置的多个激光器，每个激光器能够发射一路激光；或者发射部件1也可以包括仅一个激光器和分光系统，分光系统将该激光器发射的一路激光分成多路激光。因而，根据本公开的第一实施例的激光雷达传感器la的发射部件1可以根据需要选择合适的结构。发射部件1无论是包括多个激光器还是通过分光系统对一路激光进行分光处理，都有利于构造具有足够多的扫描线的激光雷达传感器la，以在垂直视场中实现较高的角分辨率。
47.在本实施例中，如图1a至图1c所示，扫描转镜2用于扫描发射部件1发射的激光。扫描转镜2能够绕着其旋转轴线o进行旋转，并且形成为五面体。该扫描转镜包括绕着其旋转轴线o布置的三个反射镜面21、22、23(这三个反射镜面21、22、23构成扫描转镜2的反射部)以及顶面24和底面25，旋转轴线o穿过顶面24和底面25，旋转轴线o与三个反射镜面21、22、23形成不同的夹角。在扫描转镜2绕着旋转轴线o旋转的过程中，同一激光经由一个反射镜面21、22、23能够在激光雷达传感器la的垂直视场中产生位于同一位置的扫描线，该扫描线随着扫描转镜2的旋转能够在激光雷达传感器la的水平视场中进行扫描。参见图1d至图1e，这些图示出了一路激光经由扫描转镜2的第一反射镜面21产生的扫描线在水平视场中的扫描位置的变化过程。在这些图中，目标物ta的形状和位置均未发生变化，通过扫描转镜2的旋转就能够带动扫描线在水平视场中扫描目标物ta的不同位置。可以理解，在扫描转镜旋转的过程中，一路激光通过同一反射镜面获得的一条扫描线在水平视场中可以得到所谓的扫描光幕(可以参见图1c至图1f)，所以通过不同的反射镜面能够获得不同的扫描光幕。
48.进一步地，如图1b所示，在这三个反射镜面21、22、23中，第一反射镜面21与旋转轴线o之间形成第一夹角，第二反射镜面22与旋转轴线o之间形成第二夹角，第三反射镜面23与旋转轴线o之间形成第三夹角，其中第一反射镜面21可以与旋转轴线平行(也就是说第一夹角为0度)。第一夹角、第二夹角和第三夹角两两之间不同，使得由发射部件1发射的同一激光经由第一反射镜面21和第二反射镜面22反射之后形成的扫描线在垂直视场中延伸方向不同(参见图3b至图3f)。
49.在本实施例中，扫描转镜2还用于接收目标物ta的反射光。进一步地，接收部件探测由扫描转镜2接收的目标物ta的反射光(该反射光是激光雷达传感器发射的激光入射到目标物ta之后被目标物ta反射的漫反射光)。接收部件可以包括与激光的数量相同的接收器。通过对应的接收器探测接收对应的激光，使得能够减小探测接收反射光受到的干扰。可以理解，接收部件可以包括与发射部件1的激光器一一对应的探测器，每个探测器设置在对应反射光的光路上。由于在本实施例中反射镜面21、22、23还起到接收反射光的接收镜面的作用，因此扫描转镜2的三个反射镜面21、22、23还用作扫描转镜的接收部。
50.通过采用上述的方案，扫描转镜的三个反射镜面21、22、23与旋转轴线o之间夹角不同，使得同一激光通过这些反射镜面21、22、23反射之后在垂直视场中形成三条不同的扫描线，由此激光雷达传感器la能够以较少的激光器且以相对简单的构造形成足够多的扫描线，有利于提高激光雷达传感器la在垂直视场中的角分辨率(也就是垂直角分辨率)。
51.以下结合说明书附图对根据本公开的第二实施例的激光雷达传感器进行说明。
52.(根据本公开的第二实施例的激光雷达传感器)
53.根据本公开的第二实施例的激光雷达传感器的结构与根据本公开的第一实施例的激光雷达传感器的结构基本相同，以下主要说明两者之间的不同之处。
54.在本实施例中，如图2a至图2c所示，根据本公开的第二实施例的激光雷达传感器la包括扫描转镜2’，该扫描转镜2’包括彼此分隔开的反射镜面和接收镜面，反射镜面用于扫描反射发射部件1发射的激光，接收镜面用于接收目标物ta的反射光。每个接收镜面与对应的反射镜面成组布置且彼此平行。对于每组接收镜面和反射镜面，在旋转轴线o的延伸方向上接收镜面与反射镜面之间设置有挡光元件21’，由此接收镜面与反射镜面被挡光元件21’分隔开。由于在本实施例中在扫描转镜2’上设置被挡光元件分隔开反射镜面和接收镜面。而且可以将发射部件1的激光器和接收部件3的探测器成对并排设置，实际上激光器和探测器设置的位置以及与其它部件的相对关系只要满足激光器的激光能够被扫描转镜2’的反射镜面反射到预定区域且探测器能够探测到扫描转镜2’的接收镜面的反射光即可。另外，如图2a和图2b所示，在本实施例中，挡光元件21’采用沿着与扫描转镜2’的旋转轴线垂直的平面延展的挡光板的形式。该挡光板的外周部可以相对于反射镜面和接收镜面朝向外侧突出一定尺寸，从而更有效地减小发射光对反射光的干扰，改善激光雷达传感器的测量精准度。
55.这样，根据本公开的第二实施例的激光雷达传感器la能够发挥与第一实施例中说明的作用相同的作用，而且在同一扫描转镜2’上构造通过挡光元件21’分隔开的反射镜面和接收镜面，能够减小发射光和反射光之间的干涉。进而，通过减小发射光干扰反射光，避免造成探测器接收到错误的信号而导致对障碍物的判断错误，这有利于改善本技术的激光雷达传感器的测量精准度。当然，本技术的激光雷达传感器la中设置的挡光元件的形式不限于上述挡光板，而是可以采用其它形式的挡光元件。
56.以下结合说明书附图对根据本公开的一实施例的自主移动设备进行说明。
57.(根据本公开的一实施例的自主移动设备)
58.在本实施例中，如图3a至图3f所示，根据本公开的一实施例的自主移动设备为自移动清洁设备，其包括组装在一起的主体部ma、车轮wh和激光雷达传感器la。具体地，主体部ma整体可以具有大致圆盘形状。当根据本公开的一实施例的自主移动设备处于正常工作状态时，主体部ma的底面与待清洁面s相对。主体部ma还包括控制组件、驱动组件和清洁组件。控制组件能够接收来自激光雷达传感器la以及其它感测装置获得的参数，并通过存储在控制芯片内的预设程序能够对自主移动设备进行相关控制。驱动组件用于在控制组件的控制下驱动车轮wh，使得自主移动设备在待清洁面s上行进。清洁组件可以包括收纳于主体部ma内的吸尘组件以及设置于主体部ma的底部的清洁毛刷等，用于在控制组件的控制下对待清洁面进行清洁作业。进一步地，车轮wh可以包括主动轮以及位于主动轮的前侧的万向轮。通过使主动轮以相同的速度向同一方向转动(例如同时顺时针转动或者同时逆时针转动)，能够驱动主体部ma沿着通常前进方向进行直线运动；通过使主动轮以不同的速度和/或不同的方向转动(例如一个主动轮顺时针转动而另一个个主动轮逆时针转动)，能够驱动主体部ma沿着相对于通常前进方向不同的方向进行转向运动。进一步地，激光雷达传感器la设置在主体部ma的前侧部分，用于实现自主移动设备的导航功能和防撞功能。本技术中所属的激光雷达传感器la设置在自主移动设备，例如自移动清洁设备(扫地机)的主体部ma
的侧部边缘(优选前侧部边缘，可以是正前外缘，也可以是侧前外缘)位置。这样，相比于传统的激光雷达传感器设置在自移动清洁设备的顶部的设计，降低了自移动清洁设备的厚度，有利于自移动清洁设备通过低矮障碍物与待清洁面之间的较小间隙。
59.进一步地，如图3b至图3f所示，当自主移动设备能够在待清洁面s上行进的过程中，发射部件1发射的激光能够始终产生用于自主移动设备在待清洁面s上导航的基准扫描线以及用于检测障碍物的其它扫描线。具体地，在本实施例中，以采用根据本公开的第一实施例的激光雷达传感器la为例，对于同一激光，在扫描转镜2旋转一周的过程中，同一激光通过扫描转镜2的不同的反射镜面21、22、23实现三条不同的扫描线。经由扫描转镜2的第一反射镜面21形成的基准扫描线与待清洁面s平行，经由扫描转镜2的第二反射镜面22和第三反射镜面23形成的其它两条扫描线相对于基准扫描线朝向待清洁面s倾斜地延伸。基准扫描线主要用于自主移动设备的导航功能，其它扫描线主要用于检测自主移动设备的行进路线上不同形状，不同距离的障碍物。在其它扫描线中，不同的扫描线与基准扫描线之间所成的角度不同，从而能够检测到自主移动设备的前侧的不同高度的障碍物。
60.另外，如图3g所示，在上述实施例的一个变型例中，对于同一激光，在扫描转镜2旋转一周的过程中，同一激光通过扫描转镜2的不同的反射镜面21、22、23也实现三条不同的扫描线。具体地，经由扫描转镜2的第一反射镜面21形成的基准扫描线与待清洁面s平行，经由扫描转镜2的第二反射镜面22形成的扫描线相对于基准扫描线斜向上延伸，经由扫描转镜2的第三反射镜面23形成的扫描线相对于基准扫描线斜向下延伸。在该变型例中，基准扫描线仍然主要用于自主移动设备的导航功能，而斜向上延伸的扫描线主要用于检测高度较高障碍物的相关参数(例如悬吊物品与待清洁面s之间的间隙大小)，斜向下延伸的扫描线主要用于检测自主移动设备的行进路线上高度较低的障碍物的相关参数(例如待清洁面s上的凹凸结构)。
61.发射部件1发射的准直激光经由扫描转镜2的反射部的其中一个反射镜面反射到目标位置，准直激光在传播过程中形成一条直径基本不变的光束(该光束在目标位置形成一个光点)，光束被目标位置处的目标物漫反射之后的光线又经过扫描转镜2中接收部的接收镜面反射至接收部件，接收部件接收光信号，完成对目标位置的检测。当扫描转镜2旋转至下一个角度时，在当前工作位置的反射部和接收部的镜面角度与之前处于工作位置的镜面角度不同，故此可以反射出角度不同的另一条光束，由此能够对不同高度的目标物进行检测。
62.应当理解，上述实施例仅是示例性的，不用于限制本公开。本领域技术人员可以在本公开的教导下对上述实施例做出各种变型和改变，而不脱离本公开的范围。对于本公开的技术方案，进行如下补充说明。
63.i.本公开的激光雷达传感器还可以应用于其它的自主移动设备中。上述自主移动设备一般指自主执行预设任务的智能移动设备，包括与上述实施例中说明的自主移动设备实现类似功能的清洁机器人(例如智能扫地机、智能擦地机、擦窗机器人)、陪伴型移动机器人(例如智能电子宠物、保姆机器人)、服务型移动机器人(例如酒店、旅馆、会晤场所的接待机器人)、工业巡检智能设备(例如电力巡检机器人、智能叉车等)、安防机器人(例如家用或商用智能警卫机器人)等的以轮组或履带作为驱动单元的二维平面移动机器人。当然，本公开的激光测距装置还可以应用于其它领域，对此不进行穷举说明了。
64.ii.在本公开中，自主移动设备可以将来自电机的驱动力(和扭矩)经由传动机构传递到激光雷达传感器la，以驱动扫描转镜进行转动。
65.iii.在本公开中，激光雷达传感器la的反射镜面的数量不限于上述实施例中说明的三个，而是可以根据实际需要设置所需数量的反射镜面。通过调节不同反射镜面与扫描转镜的旋转轴线o之间的夹角，同一激光在激光雷达传感器la的垂直视场中能够得到沿着不同方向延伸的扫描线。即使设置一个激光器，也能够利用扫描转镜的不同反射镜面获得足够多的扫描线。而且，利用除了与待清洁面s平行的基准扫描线以外的其它扫描线，能够有效获取自主移动设备行进方向上的较矮的障碍物甚至凹陷或台阶的距离信息。