[实用新型]圆编码的光学扫描器及自动控制设备

说明书

本申请涉及圆编码的光学扫描器及自动控制设备，包括位于壳体内的角度指示结构，角度指示结构及读取模块分别互斥地设置于壳体与转动部件的其中一个上。本申请取消了传统的圆编码刻度盘，采用角度指示结构代替传统的圆编码刻度盘的功能，一方面利用了角度指示结构与读取模块互斥地固定与转动的相对关系，另一方面利用了壳体的强度和厚度均远大于传统的塑料薄片式圆编码刻度盘的优点，其发生形变而影响测量精度的可能性远低于传统的圆编码刻度盘，因此完全避免了传统的圆编码刻度盘存在的形变致使意外问题，故障率低，且由于取消了圆编码盘及其固定支撑部件，简化了激光雷达的内部结构，亦无需改换材质导致重量增加而致使全面调整产品结构强度。

技术领域

本申请涉及测距领域，特别是涉及圆编码的光学扫描器及自动控制设备。

背景技术

随着人工智能的发展，无人技术已经应用于生活的各个角落，如无人车，无人超市、扫地机、机器人、自动机械臂等，而很多无人技术产品都离不开光学传感器对工作对象和周围环境的感知。例如激光测距仪作为一种光学传感器，是通过脉冲激光照射目标并用传感器、计时器测量激光脉冲从发射到返回的时间来计算和测量从自己到目标的距离。但是激光测距仪只能发射单一束激光测量非常局限的一个点的距离，在很多实际应用中这单一距离信息很不够用。

因此从单光束激光测距仪发展出来一种光学扫描器，又名转镜式激光雷达，它用机械旋转式反射镜把单一光束偏转方向，反射镜旋转一圈360度，相当于发射了成千上万条激光束把四周扫描了一圈，可获知周边物体的二维分布状况,极大提高了周边感知力，因而在机械自动化中得到了广泛应用。转镜式激光雷达的工作坐标系本质上是极坐标，也可转换为其它坐标系，每一组数据包含角度及距离的二维信息，其中的角度信息由激光雷达的圆盘编码器提供，距离信息由激光测距仪提供。在传统转镜式激光雷达中，圆盘编码器包含一个固定不动的光电读头，和一个随反射镜一同旋转的均匀刻度盘即圆编码刻度盘或配置相反。当刻度盘旋转，不透光的盘片和透光的刻度线在周期性的“挡光-透光”时，光电接收头所收到的光就发生“无光-有光”的周期性变化，令光电接收头内的光电开关产生周期性的“低-高”的电平脉冲序列。每一个电平脉冲都意味着反射镜转过了一个特定角度，即圆编码刻度盘相邻两条刻度线的夹角。激光雷达对电脉冲计数可以获知反射镜当前所旋转过的角度。

传统光学扫描器外形如图1所示，其包含上壳体1和下壳体2；其内部主要功能结构如图2所示，包括激光发射装置110、激光接收装置、雷达电路板130、支撑台面140、电机支架150、旋转电机160、旋转反射镜170、圆编码刻度盘180、光电读头190，光电读头190的下半部被圆编码刻度盘180遮挡未显示。其中，激光发射装置110包括激光二极管，激光接收装置包括接收透镜122和激光接收器124，通常地，激光接收器124采用雪崩二极管，雷达电路板130包括MCU，反射镜170为45度反射镜。在工作状态下，旋转电机160驱动反射镜170和圆编码刻度盘180一起旋转，激光发射装置110发出的出射激光999经旋转反射镜170不断旋转换向，从障碍物或其他结构反射回来的反射激光666在一定时间经旋转反射镜170反射到激光接收装置的接收透镜122，然后入射至激光接收器124中。请结合图3及图4，圆编码刻度盘180按旋转方向182转动，使得圆编码刻度盘180的刻度盘孔181顺序在固定不动的光电读头190的凹槽191中掠过。每当有一个刻度盘孔181经过光电读头190的中心区时，光线可穿过刻度盘孔181从发射头抵达接收头从而产生一个高电平脉冲信号，意味着圆编码刻度盘180和反射镜170一起转过了一个刻度角。