CN207557478U - 激光测距装置及机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及激光测距技术领域，提供一种激光测距装置及机器人。该激光测距装置包括可发射第一波长以及第二波长的激光的发射模块、可接收第一波长以及第二波长的反射光线的接收模块，以及与发射模块和接收模块连接的，用于计算获得测量结果的控制模块。该激光测距装置在测量具有第一介质的物体的距离时，使用具有第一波长的激光进行测量，而在测量具有第二介质的物体的距离时，使用具有第二波长的激光进行测量。即根据待测物体介质的不同，选择合适波长的激光进行测量，从而提高对于不同介质的物体的激光测距结果的准确性。

Description

激光测距装置及机器人

技术领域

本实用新型涉及激光测距技术领域，具体而言，涉及一种激光测距装置及机器人。

背景技术

激光具有方向性好、单色性好、亮度高等特点，相较于传统的光电测距方式，利用激光作为测距的发射源有很多优势，比如测量速度快、精度高、测距远等。随着半导体激光器的出现，激光测距正向小型、快速、低功耗、低成本和人眼安全方向发展。目前激光测距方法主要有脉冲激光测距、相位激光测距、干涉法激光测距、激光三角法测距等。

激光测距的一般过程是：激光测距仪的发射端向待测物体发射激光束，发射激光经待测物体表面反射后形成反射光线，激光测距仪的接收端接收该反射光线。激光测距仪根据发射信号与接收信号之间的某种关系，例如时间关系、相位关系、几何关系等，计算获得待测物体与激光测距仪的距离。

现有的激光测距仪，其发射端一般只能发射单一波长的光信号，其接收端一般也只能接收单一波长的光信号，然而对于不同介质的物体，其表面的反射率是不同的，仅采用单一波长的光信号进行距离测量有时会出现测量结果不准确的情况。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的实施例提供一种激光测距装置及机器人，以改善现有技术中激光测距仪仅采用单一波长的激光进行测距，导致测量结果不准确的问题。

本实用新型的实施例通过以下技术方案实现：

第一方面，本实用新型实施例提供一种激光测距装置，包括：

发射模块，用于在测量具有第一介质的第一物体的距离时，向第一物体发射具有第一波长的第一光线，并在测量具有第二介质的第二物体的距离时，向第二物体发射具有第二波长的第二光线；

接收模块，用于接收第一光线经第一物体的反射后所形成的第一反射光线，以及接收第二光线经第二物体的反射后所形成的第二反射光线；

控制模块，分别与发射模块以及接收模块连接，用于根据第一反射光线计算获得第一物体到激光测距装置的第一距离，以及根据第二反射光线计算获得第二物体到激光测距装置的第二距离。

可选的，接收模块包括：

光过滤单元，用于过滤出第一反射光线中具有第一波长的第三光线，以及过滤出第二反射光线中具有第二波长的第四光线；

光感应单元，与控制模块连接，用于接收第三光线，将其转化为第一电信号，并将第一电信号发送至控制模块，以及接收第四光线，将其转化为第二电信号，并将第二电信号发送至控制模块；

控制模块用于根据第一电信号，计算获得第一距离，以及根据第二电信号，计算获得第二距离。

可选的，光过滤单元为双滤光片切换器，包括：

第一滤光片，用于过滤出第三光线；第二滤光片，用于过滤出第四光线；滤光片切换结构，与控制模块连接，第一滤光片以及第二滤光片均设置在滤光片切换结构中，控制模块用于在测量第一物体的距离时，控制滤光片切换结构将当前滤光片切换为第一滤光片，在测量第二物体的距离时，控制滤光片切换结构将当前滤光片切换为第二滤光片。

可选的，光过滤单元为双峰值滤光片，双峰值滤光片的光谱特性曲线具有第一波长的第一峰值，双峰值滤光片用于过滤出第三光线，以及光谱特性曲线具有第二波长的第二峰值，双峰值滤光片用于过滤出第四光线。

可选的，光感应单元为图像传感器。

可选的，发射模块为可调谐激光器，与控制模块连接，可调谐激光器的输出光谱覆盖范围包括第一波长以及第二波长，控制模块用于控制可调谐激光器发射第一光线以及第二光线。

可选的，激光测距装置还包括：接收透镜，用于会聚第一反射光线，以使接收模块接收到会聚后的第一反射光线，以及会聚第二反射光线，以使接收模块接收到会聚后的第二反射光线。

可选的，激光测距装置还包括：发射透镜，用于会聚第一光线，以使会聚后的第一光线照射到第一物体的表面，以及会聚第二光线，以使会聚后的第二光线照射到第二物体的表面。

可选的，激光测距装置还包括：显示模块，与控制模块连接，用于显示激光测距装置的测量结果。

第二方面，本实用新型实施例提供一种机器人，包括：机器人本体；上述激光测距装置，设置在机器人本体上，机器人本体用于根据激光测距装置的测量结果执行相应的动作。

本实用新型的技术方案至少具有以下有益效果：

本实用新型实施例提供的激光测距装置及机器人，在激光测距装置中设置可发射第一波长以及第二波长的激光的发射模块、可接收第一波长以及第二波长的反射光线的接收模块，以及与发射模块和接收模块连接的，用于计算获得测量结果的控制模块，从而可以在测量具有第一介质的物体的距离时，使用具有第一波长的激光进行测量，而在测量具有第二介质的物体的距离时，使用具有第二波长的激光进行测量。即根据待测物体介质的不同，选择合适波长的激光进行测量，从而可以解决现有激光测距仪仅采用单一波长的激光进行测距，对于某些介质的物体测量结果不准确的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本实用新型第一实施例提供的激光测距装置的结构示意图；

图2示出了本实用新型第一实施例提供的第一滤光片的光谱特性曲线的示意图；

图3示出了本实用新型第一实施例提供的第二滤光片的光谱特性曲线的示意图；

图4示出了本实用新型第二实施例提供的双峰值滤光片的光谱特性曲线的示意图。

图中：10－激光测距装置；100－发射模块；200－接收模块；210－光过滤单元；220－光感应单元；300－控制模块；400－发射透镜；500－接收透镜；600－显示模块。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型实施例而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

第一实施例：

图1示出了本实用新型第一实施例提供的激光测距装置10的结构示意图。参照图1，激光测距装置10包括发射模块100、接收模块200已经分别与发射模块100和接收模块200连接的控制模块300。发射模块100向待测物体发射激光束，发射激光经待测物体表面反射后形成反射光线，接收模块200接收该反射光线。控制模块300根据发射信号与接收信号之间的关系，计算获得待测物体与激光测距装置10之间的距离。控制模块300还用于控制发射模块100与接收模块200正常工作，特别是控制发射模块100在测量不同介质的物体时，产生不同波长的激光进行测量。

发射模块100可以在测量具有第一介质的第一物体的距离时，向第一物体发射具有第一波长的第一光线，并在测量具有第二介质的第二物体的距离时，向第二物体发射具有第二波长的第二光线。

其中，发射模块100一般为激光器，本实用新型实施例中的激光器至少能产生具有两种波长的激光，即具有第一波长的第一光线以及具有第二波长的第二光线。第一光线和第二光线一般为近红外或红外光线，其波长是预先设定好的。在本实用新型实施例的阐述中，取第一波长为650nm，第二波长为850nm，可以理解，上述波长取值仅仅是为了阐述方便所举的示例，不对第一波长以及第二波长的实际取值构成任何限制。发射模块100采用的激光器可以为可调谐激光器，可调谐激光器是指在一定范围内可以连续改变输出的激光波长的激光器，在本实用新型实施例中，选择光谱覆盖范围包括650nm以及850nm在内的可调谐激光器即可。发射模块100还可以采用多波长激光器，多波长激光器可以输出预设的多种波长的激光，选择输出波长包括650nm和850nm在内的多波长激光器即可。又或者，发射模块100还可以采用普通的单一波长激光器组合构成，例如使用两个输出激光波长分别为650nm和850nm的单一波长激光器，控制模块300控制在某一时刻只有其中一个激光器处于工作状态并输出对应波长的激光。

具有第一介质的第一物体，泛指具有适于使用第一波长的激光进行测距的介质所构成的物体，并不是特指某种特定物体；同样地，具有第二介质的第二物体，泛指具有适于使用第人波长的激光进行测距的介质所构成的物体，并不是特指某种特定物体。可以事先通过其他实验手段确定哪些介质适于使用第一波长的激光进行测距，将其归类为第一介质；以及确定哪些介质适于使用第二波长的激光进行测距，将其归类为第二介质。在对待测物体进行测距之前，先判断其构成的介质，如果属于第一介质，则待测物体为第一物体，使用第一波长的激光进行测量，并将测量所用的具有第一波长的激光称为第一光线，第一光线被发射到第一物体表面；如果属于第二介质，则待测物体为第二物体，使用第二波长的激光进行测量，并将测量所用的具有第二波长的激光称为第二光线，第二光线被发射到第二物体表面。图1所示的待测物体可能为第一物体，也可能为第二物体，待测物体为第一物体时和待测物体为第二物体时对待测物体距离的测量方法是一致的。

可以理解，由于实际物体的介质种类非常繁多，对介质划分的方式也可以更复杂，例如还可以包括，适于使用第三波长的激光进行测距的第三介质，适于使用第四波长的激光进行测距的第四介质，等等。此时，发射模块100的激光器也应该能够相应输出具有第三波长的激光以及具有第四波长的激光。

可选的，发射模块100与待测物体之间设置有发射透镜400，发射透镜400对第一光线以及第二光线起会聚作用，经过会聚后的光线方向性较好，有助于提高激光测距的精度。

接收模块200，可以接收第一光线经第一物体的反射后所形成的第一反射光线，以及接收第二光线经第二物体的反射后所形成的第二反射光线。

现有的激光测距仪的接收端一般只能接收并处理反射光线中具有特定波长的光线，所述特定波长是指发射端所发射的激光的波长，所述特定波长的光线是指由发射端所发射的激光经待测物体反射所形成的光线。反射光线除了包括该特定波长的光线外，还包括具有其他波长的光线，例如外部环境的光线，因此在现有技术中，一般的做法是在接收端设置一个与该特定波长相匹配的滤光片，滤除反射光线中其他波长的光线的干扰。

而本实用新型实施例提供的激光测距装置10的接收模块200至少能够接收并处理第一反射光线中具有第一波长的光线，即由具有第一波长的第一光线所产生的反射光线，称之为第三光线；以及第二反射光线中具有第二波长的光线，即由具有第一波长的第一光线所产生的反射光线，称之为四光线。

具体而言，本实用新型实施例提供的激光测距装置10可以采用激光三角法进行测距。接收模块200包括光过滤单元210以及与控制模块300连接的光感应单元220，光过滤单元210设置于光感应单元220与待测物体之间，可以对第一反射光线进行过滤并获得第三光线，以及对第二反射光线进行过滤并获得第四光线。光感应单元220主要起光电转换作用，将第三光线转换为第一电信号并发送至控制模块300，以及将第四光线转换为第二电信号并发送至控制模块300，第一电信号以及第二电信号中包含有第三光线和第四光线的位置信息，控制模块300根据这些位置信息，可以计算获得待测物体与激光测距装置10的距离。可以理解，在本实用新型的其他实施例中，可能使用激光三角法以外的其他方法进行测距，此时上述光感应单元220可能被替换为其他相应的功能单元。

在本实施例中，光过滤单元210为双滤光片切换器，例如IR－CUT双滤光片切换器。双滤光片切换器包括，第一滤光片、第二滤光片以及滤光片切换结构。图2示出了本实用新型第一实施例提供的第一滤光片的光谱特性曲线的示意图，参照图2，光谱特性曲线的横轴为波长，纵轴为透光率，第一滤光片的光谱特性曲线在650nm处存在一透光率峰值，即可以在最大程度上透过具有第一波长的第三光线，并过滤掉第一反射光线中其他波长的光线。图3示出了本实用新型第一实施例提供的第二滤光片的光谱特性曲线的示意图，参照图3，第二滤光片的光谱特性曲线在850nm处存在一透光率峰值，即可以在最大程度上透过具有第二波长的第四光线，并过滤掉第二反射光线中其他波长的光线。第一滤光片以及第二滤光片均设置在滤光片切换结构上，滤光片切换结构与控制模块300连接，在测量第一物体的距离时，控制模块300控制滤光片切换结构将当前滤光片切换为第一滤光片，在测量第二物体的距离时，控制模块300控制滤光片切换结构将当前滤光片切换为第二滤光片，对于IR－CUT双滤光片切换器而言，滤光器切换结构可以为电机驱动式结构或者电磁驱动式结构，都是技术已经成熟的控制结构。总之。双滤光片切换器使得光过滤单元210能够透过具有第一波长以及具有第二波长的两种光线，从而实现了激光测距装置10的接收模块200能够接收并处理两种不同波长的光线的功能。

在基于激光三角法激光测距装置10中，光感应单元220一般为图像传感器，包括但不限于CCD传感器，CMOS传感器，PSD传感器。第三光线以及第四光线在图像传感器上成像，图像传感器将成像结果转化为第一电信号以及第二电信号发送至控制模块300，控制模块300根据成像光斑在图像中的位置，结合发射模块100、接收模块200以及待测物体之间的三角位置关系，即可计算获得待测物体到激光测距装置10的距离。具体而言，就是第一物体到激光测距装置10的第一距离，以及第二物体到激光测距装置10的第二距离。图像传感器的感光范围应包括650nm以及850nm在内，目前的大多数的图像传感器都具有较宽的感光范围，可以满足此要求。

继续参照图1，可选的，光过滤单元210与待测物体之间设置有接收透镜500，接收透镜500对第一反射光线以及第二反射光线起会聚作用，经过会聚后的光线方向性较好，经过光过滤单元210以后，在光感应单元220上成像的光斑也比较清晰。

控制模块300分别与发射模块100以及接收模块200连接，主要功能是计算获得待测物体与激光测距装置10之间的距离。其他功能至少还包括：第一，控制发射模块100在测量不同介质的物体时，产生不同波长的激光进行测量；第二，针对发射模块100所发射的激光的波长，相应地控制双滤光片切换器进行滤光片切换。控制模块300可以为，但不限于单片机芯片。可以理解，控制模块300基于第一电信号以及第二电信号中的信息，还有可能计算出待测物体的其他位置相关参数或者运动相关参数。

可选的，激光测距装置10还包括与控制模块300连接的显示模块600，显示模块600可以显示激光测距装置10的测量结果，显示模块600可以是，但不限于液晶显示屏。可以理解，控制模块300还可以显示除距离测量结果以外的其他信息。

综上所述，本实用新型实施例提供的激光测距装置10，针对具有第一介质的第一物体以及具有第二介质的第二物体，在发射模块100中使用可调谐激光器分别发射具有第一波长的第一光线以及具有第二波长的第二光线，在接收模块200中设置双滤光片切换器，过滤获得具有第一波长的第三光线以及具有第二波长的第四光线。从而实现了只使用一个激光测距装置10，可以对于第一物体采用第一波长的激光进行测距，以及对于第二物体采用第二波长的激光进行测距。相较于现有技术中仅使用单一波长的激光进行测距的方案，其测量结果的准确性大大提高。

第二实施例：

与第一实施例相比，本实施例提供的激光测距装置10的光过滤单元210为双峰值滤光片，其余部分结构与第一实施例相同。图4示出了本实用新型第二实施例提供的双峰值滤光片的光谱特性曲线的示意图。参照图4，双峰值滤光片为单个滤光片，但其光谱特性曲线与一般的滤光片，例如第一滤光片以及第二滤光片相比，存在明显的不同。本实施例中采用的双峰值滤光片的光谱特性曲线在650nm和850nm处分别存在一透光率峰值，即可以同时在最大程度上透过具有第一波长的第三光线，以及具有第二波长的第四光线，而过滤掉其他波长的光线成分。第一实施例中的双滤光片切换器是从时间的角度来区分不同波长的光线，而本实施例中的双峰值滤光片则是从频率的角度来区分不同波长的光线。双峰值滤光片可以采用，但不限于产品型号为FU－650850LGP－Y6.8的双峰值滤光片。

本实用新型实施例提供的激光测距装置10，由于在接收模块200中使用了双峰值滤光片，同样能够支持对于第一物体采用第一波长的激光进行测距，以及对于第二物体采用第二波长的激光进行测距，其测量结果的准确性高。

第三实施例：

本实用新型实施例提供的机器人包括机器人本体以及设置在机器人本体上的激光测距装置10，激光测距装置10可以为，但不限于第一实施例以及第二实施例提供的激光测距装置10。该机器人基于激光测距装置10的测量结果执行相应的动作，例如根据前方物体的距离规划机器人的运动路线等。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光测距装置，其特征在于，包括：

发射模块，用于在测量具有第一介质的第一物体的距离时，向所述第一物体发射具有第一波长的第一光线，并在测量具有第二介质的第二物体的距离时，向所述第二物体发射具有第二波长的第二光线；

接收模块，用于接收所述第一光线经第一物体的反射后所形成的第一反射光线，以及接收所述第二光线经第二物体的反射后所形成的第二反射光线；

控制模块，分别与所述发射模块以及所述接收模块连接，用于根据所述第一反射光线计算获得所述第一物体到所述激光测距装置的第一距离，以及根据所述第二反射光线计算获得所述第二物体到所述激光测距装置的第二距离。

2.根据权利要求1所述的激光测距装置，其特征在于，所述接收模块包括：

光过滤单元，用于过滤出所述第一反射光线中具有所述第一波长的第三光线，以及过滤出所述第二反射光线中具有所述第二波长的第四光线；

光感应单元，与所述控制模块连接，用于接收所述第三光线，将其转化为第一电信号，并将所述第一电信号发送至所述控制模块，以及接收所述第四光线，将其转化为第二电信号，并将所述第二电信号发送至所述控制模块；

所述控制模块用于根据所述第一电信号，计算获得所述第一距离，以及根据所述第二电信号，计算获得所述第二距离。

3.根据权利要求2所述的激光测距装置，其特征在于，所述光过滤单元为双滤光片切换器，包括：

第一滤光片，用于过滤出所述第三光线；第二滤光片，用于过滤出所述第四光线；滤光片切换结构，与所述控制模块连接，所述第一滤光片以及所述第二滤光片均设置在所述滤光片切换结构中，所述控制模块用于在测量所述第一物体的距离时，控制所述滤光片切换结构将当前滤光片切换为所述第一滤光片，在测量所述第二物体的距离时，控制所述滤光片切换结构将所述当前滤光片切换为所述第二滤光片。

4.根据权利要求2所述的激光测距装置，其特征在于，所述光过滤单元为双峰值滤光片，所述双峰值滤光片的光谱特性曲线具有所述第一波长的第一峰值，所述双峰值滤光片用于过滤出所述第三光线，以及所述光谱特性曲线具有所述第二波长的第二峰值，所述双峰值滤光片用于过滤出所述第四光线。

5.根据权利要求2－4中任一权项所述的激光测距装置，其特征在于，所述光感应单元为图像传感器。

6.根据权利要求1－4中任一权项所述的激光测距装置，其特征在于，所述发射模块为可调谐激光器，与所述控制模块连接，所述可调谐激光器的输出光谱覆盖范围包括所述第一波长以及所述第二波长，所述控制模块用于控制所述可调谐激光器发射所述第一光线以及所述第二光线。

7.根据权利要求6所述的激光测距装置，其特征在于，所述激光测距装置还包括：接收透镜，用于会聚所述第一反射光线，以使所述接收模块接收到会聚后的所述第一反射光线，以及会聚所述第二反射光线，以使所述接收模块接收到会聚后的所述第二反射光线。

8.根据权利要求7所述的激光测距装置，其特征在于，所述激光测距装置还包括：发射透镜，用于会聚所述第一光线，以使会聚后的所述第一光线照射到所述第一物体的表面，以及会聚所述第二光线，以使会聚后的所述第二光线照射到所述第二物体的表面。

9.根据权利要求8所述的激光测距装置，其特征在于，所述激光测距装置还包括：显示模块，与所述控制模块连接，用于显示所述激光测距装置的测量结果。

10.一种机器人，其特征在于，包括：机器人本体；如权利要求1－9中任一权所述的激光测距装置，设置在所述机器人本体上，所述机器人本体用于根据所述激光测距装置的测量结果执行相应的动作。