一种激光雷达及一种无人机的制作方法

1.本实用新型涉及雷达技术领域，尤其涉及一种激光雷达及一种无人机。


背景技术：

2.现有技术中，无人机多采用激光雷达进行避障。参见附图1，为现有技术中常见的无人机雷达的结构示意图，其包括16线雷达和避障雷达。现有的16线雷达一般是采用16组发射管，16组接收管，分别通过两组光学系统组成发射和接收系统，形成
±
15
°
的固定垂直视场角，再通过旋转轴实现侧向360
°
扫描(其侧向的点云展开图如图2所示)，但其在无人机前进方向(无人机顶部方向)存在视场盲点无法扫描，因此，需要额外设置避障雷达，避障雷达为一个单线测距雷达，用以测量无人机前进方向的安全距离内是否有障碍物。16线雷达和避障雷达分开安装。
3.现有技术的缺陷在于对于不同方向目标物体的探测需要通过两个独立的雷达来实现，其成本较高、重量较大。


技术实现要素：

4.为了克服上述技术缺陷，本实用新型的目的在于提供一种成本较低、重量较轻且能对不同方向目标物体进行探测的激光雷达，及具有该激光雷达的无人机。
5.本实用新型公开了一种激光雷达，包括：
6.旋转扫描镜，所述旋转扫描镜在第一电机的带动下旋转，所述旋转扫描镜包括至少2个连续的反射面，所述反射面与所述旋转扫描镜的旋转轴平行；
7.第一发射单元和第一接收单元，所述第一发射单元以第一方向向所述旋转扫描镜发出第一激光光线，所述第一激光光线经所述反射面反射后出射向第一目标物体，自第一目标物体反射回的第一激光光线经所述反射面反射后被第一接收单元接收；
8.第二发射单元和第二接收单元，所述第二发射单元以第二方向向所述旋转扫描镜发出第二激光光线，所述第二激光光线经所述反射面反射后出射向第二目标物体，自所述第二目标物体反射回的第二激光光线经所述反射面反射后被第一接收单元接收。
9.优选地，所述激光雷达包括垂直扫描系统和水平扫描系统；
10.所述垂直扫描系统包括所述旋转扫描镜、第一发射单元、第一接收单元、第二发射单元、第二接收单元；
11.所述水平扫描系统包括第二电机和固定部，所述垂直扫描系统固定于所述固定部，所述第二电机带动所述固定部旋转，所述固定部的旋转轴与所述旋转扫描镜的旋转轴垂直。
12.优选地，所述第一方向与第二方向垂直。
13.优选地，所述垂直扫描系统还包括第三发射单元和第三接收单元，所述第三发射单元以第三方向向所述旋转扫描镜发出第三激光光线，所述第三激光光线经所述反射面反射后出射向第三目标物体，自所述第三目标物体反射回的第三激光光线经所述反射面反射
后被第三接收单元接收。
14.优选地，所述第一方向与第二方向垂直；
15.所述第一方向与第三方向垂直；
16.所述第二方向与所述第三方向相同，所述第二方向的第二激光光线经所述反射面反射后出射的方向与所述第三方向的第三激光光线经所述反射面反射后出射的方向相反。
17.优选地，所述旋转扫描镜包括至少2个连续且垂直的反射面。
18.优选地，所述旋转扫描镜包括4个连续且垂直的反射面；
19.4个连续且垂直的反射面在垂直于所述旋转扫描镜的旋转轴的平面上的截面为正方形，所述旋转扫描镜的旋转轴位于所述正方形的中心。
20.优选地，所述旋转扫描镜的旋转为圆周旋转或往复旋转。
21.本实用新型还公开了一种无人机，其包括如上所述的激光雷达。
22.采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：
23.1.通过两个发射、接收单元与旋转扫描镜的配合，可以通过一个雷达实现不同方向目标物体探测，结构简单；
24.2.通过水平扫描系统带动两个发射、接收单元与旋转扫描镜整体转动，可以实现周向360度及顶部方向的目标物体探测，从而可以替代现有技术中的16线雷达和避障雷达，其相对于16线雷达加避障雷达的技术方案，减少了雷达数量，降低了成本及重量，且能实现更大的视场角及更高的探测精度。
附图说明
25.图1为现有技术中无人机雷达的结构示意图；
26.图2为图1中16线雷达侧向点云的展开视图；
27.图3为本实用新型一实施例中激光雷达的结构示意图；
28.图4为图3中激光雷达顶部方向的点云视图；
29.图5为图3中激光雷达侧向点云的展开视图。
30.附图标记：
31.100
‑
垂直扫描系统，110
‑
旋转扫描镜，111
‑
旋转扫描镜的旋转轴，120
‑
第一发射单元，130
‑
第一接收单元，140
‑
第二发射单元，150
‑
第二接收单元，160
‑
第三发射单元，170
‑
第三接收单元，200
‑
水平扫描系统，210
‑
固定部。
具体实施方式
32.以下结合附图与具体实施例进一步阐述本实用新型的优点。
33.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
34.在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包
含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
35.应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”。
36.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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，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。
37.在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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的具体含义。
38.在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本实用新型的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。
39.参见附图3，为本实用新型一实施例中的激光雷达的结构示意图，所述激光雷达包括垂直扫描系统100和水平扫描系统200。
40.所述垂直扫描系统100包括旋转扫描镜110、第一发射单元120、第一接收单元130、第二发射单元140、第二接收单元150、第三发射单元160和第三接收单元170。
41.所述旋转扫描镜110包括4个连续且垂直的反射面，4个连续且垂直的反射面在垂直于所述旋转扫描镜110的旋转轴111的平面上的截面为正方形，所述旋转扫描镜110的旋转轴111位于所述正方形的中心，所述反射面均与旋转轴111垂直。所述垂直扫描系统100还包括第一电机，所述旋转扫描镜110在第一电机的带动下绕旋转轴111旋转。在本实施例中，所述旋转扫描镜110的旋转为圆周旋转，即绕旋转轴111沿一个方向360
°
旋转(图中为顺时针方向)。在其它一些实施例中，所述旋转扫描镜110的旋转也可以为往复旋转，即绕旋转轴111按照预设的角度往复旋转。所述旋转扫描镜110远离旋转轴111的一侧为反射面。
42.如图3所示，所述第一发射单元120以第一方向向所述旋转扫描镜110发出第一激光光线，所述第一激光光线经所述反射面反射后出射向第一目标物体，自第一目标物体反射回的第一激光光线经所述反射面反射后被第一接收单元130接收；所述第二发射单元140以第二方向向所述旋转扫描镜110发出第二激光光线，所述第二激光光线经所述反射面反射后出射向第二目标物体，自所述第二目标物体反射回的第二激光光线经所述反射面反射后被第二接收单元150接收；所述第三发射单元160以第三方向向所述旋转扫描镜110发出第三激光光线，所述第三激光光线经所述反射面反射后出射向第三目标物体，自所述第三目标物体反射回的第三激光光线经所述反射面反射后被第三接收单元170接收。所述第一方向与第二方向垂直；所述第一方向与第三方向垂直；所述第二方向与所述第三方向相同，所述第二方向的第二激光光线经所述反射面反射后出射的方向与所述第三方向的第三激
光光线经所述反射面反射后出射的方向相反。随着旋转扫描镜110的旋转，第一发射单元120发出的激光光束实现图中上方一定角度范围的目标探测，第二发射单元140发出的激光光束实现图中右侧一定角度范围的目标探测，第三发射单元160发出的激光光束实现图中左侧一定角度范围的目标探测。具体地，可实现
±
20
°
的左右两个方向的固定垂直视场角，外加
±
20
°
的顶部水平视场角。所述第一发射单元120、第二发射单元140和第三发射单元160为激光发射器；第一接收单元130、第二接收单元150和第三接收单元170包括雪崩光电二极管。所述第一目标物体、第二目标物体和第三目标物体为激光光线在其上射入并反射回的物体，其仅用于说明，并不指代特定的物体，第一目标物体、第二目标物体和第三目标物体可以是独立的物体，也可以是同一物体的不同部分。
43.所述水平扫描系统200包括第二电机和固定部210，所述垂直扫描系统100固定于所述固定部210，图中固定部210仅为示意，所述固定部210可以是壳体，壳体上设置有垂直扫描系统100的各个部件的安装固定结构。所述第二电机带动所述固定部210旋转，所述固定部210的旋转轴与所述旋转扫描镜110的旋转轴111垂直。本实施例中，所述第二电机带动垂直扫描系统100整体360
°
旋转，从而，第一发射单元120发出的激光光束可以实现上方一定区域范围(即激光雷达顶部方向)的目标探测，其顶部方向的点云视图如图4所示；第二发射单元140和第三发射单元160发出的激光光束可以实现侧向360
°
的目标物体的探测，其侧向点云的展开视图如图5所示。本技术的技术方案，通过水平扫描系统200带动垂直扫描系统100整体转动，可以实现侧向360度及顶部方向的目标物体探测，从而可以替代现有技术中的16线雷达和避障雷达，其相对于16线雷达加避障雷达的技术方案，减少了雷达数量，降低了成本及重量，视场角更大，点云精度更密。且通过调整旋转扫描镜110和固定部210的转动频率，可以调整点云的密度，从而满足不同精度的探测需求。本实施例的激光雷达还包括处理单元，其与发射单元和接收单元连接，用于根据激光的发射与接收以及旋转扫描镜和固定部的转动频率，判断目标物体相对激光雷达的方位和距离。
44.在其它一些实施例中，垂直扫描系统100中可以不设置所述第三发射单元160和第三接收单元170，仅通过旋转扫描镜110、第一发射单元120、第一接收单元130、第二发射单元140、第二接收单元150以及水平扫描系统200实现侧向360
°
以及顶部的目标物体的探测。
45.在其它一些实施例中，所述旋转扫描镜110可以仅包括2个连续的反射面，2个反射面垂直或近似垂直，随着旋转扫描镜110的旋转，两个反射面与发射及接收单元配合，先后将激光光束反射向侧向及顶部，再配合水平扫描系统200的旋转，实现侧向360
°
以及顶部的目标物体的探测。反射面的数量可以根据实际设计需求灵活设置。
46.在其它一些实施例中，可以不设置水平扫描系统200，仅通过垂直扫描系统100实现固定方向的目标物体探测，相应地，在该实施例中，激光发射单元可以为多线的激光发射单元。
47.本实用新型还公开了一种无人机，其包括上述实施例中的激光雷达，其通过上述激光雷达实现侧向及顶部方向的目标物体探测。
48.应当注意的是，本实用新型的实施例有较佳的实施性，且并非对本实用新型作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。