一种旋转激光雷达及制造旋转激光雷达的方法与流程
1.本技术涉及激光雷达技术领域，特别是涉及一种旋转激光雷达及制造旋转激光雷达的方法。
背景技术：
2.随着激光雷达技术领域的快速发展，激光雷达的应用领域逐渐拓宽，旋转式激光雷达由于其精准度高、探测范围广等特点越来越受到各行业的重视及应用，尤其在扫地机器人行业应用最为广泛。
3.旋转式激光雷达一般包括旋转底座和设置于旋转底座的测距模组，测距模组可以随着旋转底座的旋转实现360
°
扫描以检测不同区域。但是现有的旋转式激光雷达中，其测距模组和旋转底座结构设置不够合理，导致结构复杂，体积庞大，拆装困难，从而提高了激光雷达的制作成本且限制了激光雷达的应用领域。
技术实现要素：
4.本技术的目的在于提供一种旋转激光雷达及制造旋转激光雷达的方法，以解决现有技术中的缺点与不足。
5.本技术的一种旋转激光雷达，包括：旋转底座和固定于所述旋转底座上的测距模组；所述旋转底座包括固定组件和转动设于所述固定组件上的旋转组件；所述固定组件包括底座，所述底座分为上腔和下腔，所述底座上腔内设置有与其一体成型的编码盘，以及位于所述底座中心、与其一体成型且贯通的中空柱；所述旋转组件包括旋转架、转轴和设置于所述旋转架上的检测元件，所述旋转架包括顶盘、设于顶盘底面的中空筒以及设置于所述顶盘中心的转轴；所述中空筒位于所述编码盘的内侧以与所述底座围合成容置腔，所述转轴与所述中空柱转动连接并穿过所述中空柱直至所述底座的下腔；所述检测元件与所述编码盘相配合以检测所述旋转组件的转动速度和位置。
6.相对于现有技术，本技术提供的旋转激光雷达，结构设计合理，空间利用到位，且便于拆装。
7.本技术还提供一种制造激光雷达的方法，包括如下步骤：
8.步骤s1：提供固定组件和旋转组件；
9.其中，所述固定组件包括底座，所述底座分为上腔和下腔，设置于所述底座上腔内并与其一体成型的编码盘，位于所述底座中心、与其一体成型且贯通的中空柱、嵌套在所述中空柱上的电机定子以及发射线圈；
10.所述旋转组件包括旋转架、转轴、电机转子、接收线圈和设置于所述旋转架上的检测元件，其中，所述旋转架包括顶盘和设于顶盘底面的中空筒，所述电机转子设置于所述中空筒内侧壁，所述接收线圈设置于所述中空筒内且固定在所述顶盘底面，所述转轴设置于所述顶盘的中心；
11.步骤s2：将所述转轴通过轴承与所述中空柱转动连接，使得所述旋转组件转动安
装于所述固定组件上以形成旋转底座；其中，所述中空筒套接于所述编码盘和所述电机定子之间，所述转轴穿过所述中空柱直至所述底座的下腔；
12.步骤s3：提供测距模组，并将所述测距模组固定安装于所述旋转底座上以形成所述旋转激光雷达。
13.为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本技术。
附图说明
14.图1为本技术实施例中旋转激光雷达的部分爆炸示意图；
15.图2为本技术实施例中旋转激光雷达的剖面示意图；
16.图3为本技术实施例中旋转激光雷达的爆炸示意图；
17.图4为本技术实施例中旋转底座的爆炸示意图；
18.图5为本技术实施例中底座的结构示意图；
19.图6为本技术实施例中旋转底座的结构示意图；
20.图7为本技术实施例中编码盘与检测元件的工作原理示意图；
21.图8为本技术实施例中电路板的结构示意图；
22.图9为本技术实施例中测距模组的结构示意图；
23.图10为本技术实施例中测距模组的爆炸示意图；
24.图11为本技术实施例中测距模组另一个视角的结构示意图；
25.附图标记：
26.a、旋转底座；11、底座；111、容置腔；112、中空柱；1121、定位标识部；12、编码盘；121、遮蔽区；122、零位区；13、轴承；18、电机定子；181、插针；14、发射线圈；15、线圈固定盘；151、定位孔；16、第一电路板；17、底盖；21、旋转架；211、顶盘；2111、环形凹槽；2112、限位凸点；2113、固定柱；212、中空筒；22、转轴；23、电机转子；24、第二电路板；241、第一固定孔；242、第二固定孔；243、指向角定位孔；244、电路基板定位孔；25、垫片；26、卡簧；27、发射元器件；28、接收元器件；29、接收线圈；291、隔磁片；b、测距模组；3、电路基板；4、发射单元；5、接收单元；61、支架；611、安装部；612、第一安装孔；613、第二安装孔；614、螺钉；615、第二定位柱；62、接收套筒；621、第一定位柱；63、发射套筒；c、透光外罩。
具体实施方式
27.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
28.需要理解的是，在本技术的描述中，术语“中心”、“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技术和简化描述，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技术的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，也即，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个
或者更多个该特征。此外，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
29.需要说明的是，在本技术的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”、“空心”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，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
30.实施例1
31.请参阅图1-11，本实施例提供的一种旋转激光雷达，所述旋转激光雷达包括旋转底座a和固定于旋转底座上的测距模组b，测距模组随着旋转底座旋转用于实现对目标视场的360度扫描。
32.下面对旋转底座a和测距模组b分别进行说明：
33.本实施例所述旋转底座a包括固定组件和转动设于所述固定组件上的旋转组件，所述固定组件包括底座11，底座11分为上腔和下腔，位于底座上腔内且与底座一体成型的编码盘12，位于底座11中心处与其一体成型且贯通的中空柱112，中空柱112内部连通底座11的上腔和下腔。所述旋转组件包括旋转架21、转轴22和设置于旋转架上的检测元件，所述旋转架21包括顶盘211、设于顶盘211底面的中空筒212以及设置于顶盘中心的转轴22，中空筒212位于编码盘12的内侧以与底座11围合成容置腔111。检测元件与编码盘相配合以检测旋转组件的转动速度和位置，从而可以确定旋转组件和固定组件相对于初始位置所处的当前位置，优选地，检测元件设于顶盘211底面上。
34.转轴22与中空柱112通过轴承13转动连接并且转轴22穿过中空柱直至底座的下腔。具体的，轴承13固定安装于中空柱112内，转轴22与轴承13和中空柱112同轴设置，转轴22设置于顶盘211中心并朝下穿过轴承13直至底座11的下腔。轴承13的内环套设在转轴22上，轴承13的外环安装在中空柱112内，从而实现转轴22与底座11的转动连接，转轴22与中空柱112同轴设置，这样使转轴22受力均匀，防止转轴22晃动和老化，保证旋转架21旋转的稳定性。在本实施例中，优选地，还提供两垫片25和一卡簧26，垫片25分别设于转轴22的两端，轴承13设于两垫片25之间，两垫片25用于使转轴22与轴承13的内环同步转动。其中，转轴22远离顶盘211的一端设有卡槽，卡簧26卡接于卡槽处用于防止垫片25脱落，这样设置的目的是方便轴承13的安装与拆卸。
35.可以理解的是，本技术实施例中的旋转底座a，通过将编码盘12与底座11设置为一体成型，两者可以通过注塑等工艺一体成型，从而省去了在编码盘12和底座11中设置可拆卸连接结构，节约了底座11的内部空间，简化了固定组件的整体结构，从而使得旋转底座a具有结构紧凑，体积小，安装方便，制作成本低的优点，进而降低了应用该旋转底座a的激光雷达的制作成本。
36.在本实施例中，编码盘12的中轴线与中空筒212的中轴线重合，方便旋转架21装入底座11并使得旋转架21与底座11基本重合，使得旋转底座a的整体结构设计更加合理，内部空间得以充分利用，结构紧凑，占用空间小。
37.在本实施例中，固定组件还包括第一电路板16，第一电路板16的一侧设置有光通信接收端，第一电路板16固定于底座的下腔内且光通信接收端正对转轴；旋转组件还包括第二电路板24，第二电路板24的一侧设置有光通信发射端，第二电路板24固定于所述顶盘
的顶面上且光通信接收端正对转轴。由此，光通信发射端和光通信接收端组成光通信组件，并利用转轴的中空区域传输信号，即提高了空间利用率又减少了外部的干扰。测距模组b设置于顶盘211的顶面，并位于第二电路板24的另一侧上且与第二电路板24电连接，其中，检测元件电也连接于第二电路板24。优选地，顶盘211的顶面设置有两个限位凸点2112和两个对称设置的固定柱2113，第二电路板24上设置有两个供固定柱2113穿过的第一固定孔241和两个供限位凸点2112穿过的第二固定孔242，电路板24通过固定柱2113和限位凸点2112实现良好的固定。
38.在本实施例中，编码盘12呈筒状，其靠近顶盘211一侧的周缘设有呈规律变化的遮蔽区121以及用于标定位置的零位区122，零位区122用于作参考点，方便位置计算；遮蔽区121呈规律变化，用于方便计算旋转架21的具体转速，以及旋转架21相对于与零位区122之间的角度，从而方便确定其具体位置。具体地，在本实施例中，编码盘12在周缘间隔排列设置的多个齿块，多个齿块包括多个等距齿和一个零位齿，等距齿和零位齿尺寸不同，遮蔽区121由多个等距齿形成，零位区122为零位齿，如图6所示，检测元件包括发射元器件27和接收元器件28，发射元器件27和接收元器件28呈间隔设置并分别位于编码盘12的内外两侧。发射元器件27可经间隔朝接收元器件28发射检测信号，检测元件随旋转架21相对编码盘12转动的过程中，多个等距齿和零位齿依次从间隔穿过，使得接收元器件28产生变化的电平信号，并经过电路板24进行数据处理，得到旋转组件的转速和转动角度，可见，本实施例发射元器件27和接收元器件28的检测方式为对射式，当然，在其他一些实施例中，发射元器件27和接收元器件28的检测方式也可以为反射式，例如，发射元器件27和接收元器件28位于编码盘12的上方且与编码盘12相对设置，发射元器件27的光线经过编码盘12的遮蔽区121和零位区122反射后由接收元器件28接收，遮蔽区121和零位区122具有不同的反射率，从而使得接收元器件28产生变化的电平信号，在经过电路板24进行数据处理后，可得到旋转组件的转速和转动角度。
39.在本实施例中，固定组件还包括设置于容置腔111中的电机定子18，电机定子18固定于中空柱112的外侧壁并与第一电路板16电连接；旋转组件还包括设置于容置腔111中的电机转子23，电机转子23固定于中空筒212的内侧壁并套设于电机定子18的外侧。电机定子18和电机转子23形成一无刷电机，电机转子23相对于电机定子18转动从而带动旋转架21旋转，这种驱动方式相对于齿轮啮合传动来说，简化的结构，降低了体积。具体的，电机定子18上设置有与其一体成型的插针181，底座11上设置有上下贯通的插针孔(图未示)，插针181穿过插针孔至底座11的下腔与第一电路板16电连接。
40.本实施例所述固定组件还包括设置于容置腔111中的发射线圈14和线圈固定盘15，旋转组件还包括与发射线圈14对应设置的接收线圈29。其中，线圈固定盘15与转轴22同轴设置并套装固定于中空柱112顶端且位于电子定子18上，线圈固定盘15具体为一环形盘架，其顶侧设置有安装发射线圈14的凹陷槽，发射线圈14安装于线圈固定盘15的凹陷槽中并与第一电路板16电连接。顶盘211底面设置有环形凹槽2111，接收线圈29嵌设于环形凹槽2111中与发射线圈14相对，接收线圈29与第二电路板24电连接，环形凹槽2111的设置可以方便接收线圈29的安装，有效避免其他零件对接收线圈29的干扰。发射线圈14和接收线圈29配合用以对旋转组件进行无线供电，发射线圈14和接收线圈29与转轴22同轴设置且位于电机定子18的上方，从而可充分利用容置腔111的空间，使得结构更加紧凑，优选地，接收线
圈29靠近顶盘211的一侧粘贴有隔磁片291。
41.具体地，线圈固定盘15上设置有定位孔151，中空柱112顶端设置有插接配合定位孔151的定位标识部1121。从而便于定位线圈固定盘15的安装位置，在安装时将定位孔151穿过定位标识部1121，然后就可以将线圈固定盘15套装于中空柱112的顶端。为了便于发射线圈14和接收线圈29的接电，优选地，中空柱112的外侧壁上设置有贯通至底座11下腔的第一引线孔(图未示)，发射线圈14的引线穿过第一引线孔至底座11的下腔中与第一电路板16电连接；顶盘211靠近接收线圈29的位置设置有上下贯通的第二引线孔(图未示)，接收线圈29的引线穿过第二引线孔至所述顶盘211的顶面电连接于第二电路板24。
42.在本实施例中，固定组件还包括底盖17，底盖17盖设于底座11的下腔，以形成容纳第一电路板16的空间，底盖17可对底座11的底部进行封闭，以起到防水、防尘以及保护第一电路板16的作用。
43.本实施例中，激光雷达还包括透光外罩c，透光外罩c盖于底座11顶部并罩设于测距模组b的外侧。
44.本实施例测距模组b的工作原理是通过朝向目标物体发射探测激光束，并接收到被目标物体反射回来的反射光信号，计算光信号从发射到被采集的飞行时间，并根据飞行时间获得目标的距离信息。具体地，测距模组b包括电路基板3、设置于所述电路基板3上的发射单元4、接收单元5和封装壳体，发射单元4和接收单元5间隔设置且均与电路基板3电连接，发射单元4可以是激光发射器，接收单元5可以是单光子探测芯片。
45.测距模组b通过封装壳体安装于顶盘211的顶面上，封装壳体包括支架61、设置于支架61上的接收套筒62和发射套筒63，支架61设置于电路基板3上并使得接收套筒62正对于接收单元5以及发射套筒63正对于发射单元4。优选地，接收套筒62与支架61一体成型，发射套筒63与支架61可拆卸连接。其中，发射套筒63与支架61可通过卡扣结构、螺纹连接结构等可拆卸方式进行连接，在此不作限定。
46.发射套筒63和接收套筒62的设置可以将发射光路和接收光路分开，使得发射单元4发射的光信号与接收单元5接收的反射光信号分开，从而有效地避免了发射光路漏光对接收光路产生影响，提高测距模组b的精度。进一步地，通过将发射套筒63与支架61设置为可拆卸连接，并将接收套筒62与支架61设置为一体成型，从而可以灵活拆装发射套筒63，可以根据使用场景更换不同规格的发射套筒63，使用方便，有利于降低使用成本，进一步地，若激光雷达由于空间不足、尺寸过大、部件干涉等原因需要拆去发射套筒63，本技术实施例中的测距模组b也可直接拆除发射套筒63，并存留接收套筒62，可以尽量使得发射光路和接收光路的分开，避免发射光路漏光对接收光路的影响，提高测距模组b的精度。本技术实施例中的测距模组b结构设计合理，较为实用。
47.为了便于测距模组b安装于旋转底座a上，在一些实施例中，支架61的左右两侧均设置有一安装部611，安装部611的上下端分别设置有第一安装孔612和第二安装孔613，第一安装孔612和第二安装孔613相连通，第一安装孔612为螺纹孔。两个安装部611通过各自的第二安装孔613套装于两个固定柱2113后抵接于电路板24的顶面，并通过螺钉614穿过各自的第一安装孔612与固定柱2113锁固在一起，从而实现支架61和固定柱2113的固定。
48.进一步地，接收套筒62的下侧设置有第一定位柱621，支架61的下侧设置有第二定位柱615，第一定位柱621和第二定位柱615相配合以定位测距模组b的指向，其中，测距模组
b的指向即测距模组b的测距方向，如此一来可以直接定位测距模组b的指向，提高准确度和测试效率。具体地，第二电路板24上还设置有指向角定位孔243和电路基板定位孔244，第一定位柱621和第二定位柱615穿过指向角定位孔243，就可准确地定位接收套筒62的方向，从而对测距模组b的指向进行定位，电路基板3固定于电路基板定位孔244上，从而可直接实现第二电路板24和电路基板3的电连接。
49.实施例2
50.本实施例提供一种制造上述旋转激光雷达的方法，包括如下步骤：
51.步骤s1：提供固定组件和旋转组件；其中，固定组件包括底座11，底座分为上腔和下腔，设置于底座上腔内并与其一体成型的编码盘12，位于底座中心、与其一体成型且贯通的中空柱112，嵌套在中空柱112上的电机定子18以及发射线圈14；旋转组件包括旋转架21、转轴22、接收线圈29、电机转子23和设置于旋转架上的检测元件，旋转架包括顶盘211、设于顶盘底面的中空筒212，电机转子23设置于中空筒内侧壁3，接收线圈29设置于中空筒212内固定在顶盘底面，转轴22设置于顶盘的中心。
52.步骤s2：将转轴22通过轴承13与中空柱112转动连接，使得旋转组件转动安装于固定组件上以形成旋转底座；其中，中空筒212套接于编码盘12和电机定子18之间，转轴22穿过中空柱112直至底座的下腔。
53.步骤s3：提供测距模组b，并将测距模组b固定安装于旋转底座上以形成旋转激光雷达。
54.在一些较佳的实施例中，固定组件中底座的底部设置有上下贯通的插针孔，中空柱112顶端设置定位标识部1121，中空柱112的外侧壁上设置有贯通至底座11下腔的第一引线孔。旋转组件中顶盘211上设置有上下贯通的第二引线孔。
55.在步骤s1之前还包括如下步骤：
56.步骤s11：提供带有插针的电机定子18，并将电机定子18嵌套在中空柱112上，且插针穿过插针孔以使得电机定子18固定在底座上。通常，为了保证固定的稳定，还可以在底座及电机定子之间点胶固定。
57.步骤s12：提供发射线圈14和线圈固定盘15，所述线圈固定盘15上设置有定位孔151，将线圈固定盘14套接于中空柱112上并位于电机定子18的上端，并将发射线圈14的引线穿过第一引线孔直至底座11的底部，并使定位标识部1121插入定位孔151内，以使得所述发射线圈固定在所述底座上；
58.步骤s13：提供电子转子23，并将电子转子23固定中空筒内侧壁3上。
59.步骤s14：提供接收线圈29，接收线圈的一侧粘贴有隔磁片，将接收线圈29穿过转轴22并将有隔磁片291的一侧粘贴在所述顶盘211的底面，将接收线圈29的引线穿过第二引线孔直至顶盘211的顶面，以使接收线圈29固定在中空筒212内。
60.在一些较佳的实施例中，在所述步骤s2中还包括如下步骤：
61.将轴承13固定安装与中空柱112内；在转轴22穿过轴承13之前，先将一垫片25套在转轴22的顶端，将转轴22穿过轴承13直至底座11的下腔之后，将另一垫片25套在转轴22的下端，并将卡簧26装入转轴22下端的卡槽内。
62.在一些较佳的实施例中，固定组件还包括第一电路板16；在所述步骤s2之后还包括步骤s21：将第一电路板16安装在底座11的下腔，并将电机定子18和发射线圈14与第一电
路板16电连接。在一些较佳的实施例中，电机定子18上设置有一体成型的插针181，电机定子18通过插针181与第一电路板16电连接。
63.在一些较佳的实施例中，固定组件还包括底盖17；在所述步骤s21之后还包括步骤s22：将底盖17盖设在底座11的下腔，以形成容纳第一电路板16的空间。
64.在一些较佳的实施例中，顶盘211的顶面设置有两个限位凸点2112和两个对称设置的固定柱2113，所述旋转组件还包括第二电路板24，第二电路板24上设置有两个第一固定孔241和两个第二固定孔242；在所述步骤s3之前还包括步骤s23：将第二电路板24安装在顶盘211的顶面，并使两个第一固定孔241穿过两个固定柱2113，使两个第二固定孔242穿过两个限位凸点2112，将接收线圈29的引线电连接于第二电路板24。
65.在一些较佳的实施例中，测距模组b包括电路基板3和封装壳体；封装壳体包括支架61、以及设置在支架上的接收套筒62和发射套筒63，支架61设置于电路基板3上，支架61的左右两侧均设置有一安装部611，安装部611的上下端分别设置有第一安装孔612和第二安装孔613，第一安装孔612和第二安装孔613相连通，第一安装孔612为螺纹孔；接收套筒62的下侧设置有第一定位柱621，支架61的下侧设置有第二定位柱615，第一定位柱621和第二定位柱615相配合以定位测距模组b的指向；所述第二电路板24上还设置有指向角定位孔243和电路基板定位孔244；
66.所述步骤s3包括如下步骤：
67.步骤s31：将支架61两侧的安装部611通过第二安装孔613穿过固定柱2113后固定于第二电路板24上；
68.步骤s32：将第一定位柱621和第二定位柱615固定在指向角定位孔243上，将电路基板3固定于电路基板定位孔244上；
69.步骤s33：使用螺钉614穿过第一安装孔612后与固定柱2113锁固，使得支架61与固定柱2113相互固定以使测距模组与旋转底座固定。
70.在一些较佳的实施例中，上述方法还包括步骤s4，提供一透光外罩c，将透光外罩c固定于底座11顶部并罩设于所述测距模组b的外侧。
71.使用本技术实施例一种制造激光雷达的方法可以十分方便，省时的制造出激光雷达，有利于提高生产效率。
72.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。
