一種旋轉激光雷達及制造旋轉激光雷達的方法與流程
1.本技術涉及激光雷達技術領域，特別是涉及一種旋轉激光雷達及制造旋轉激光雷達的方法。
背景技術：
2.隨著激光雷達技術領域的快速發展，激光雷達的應用領域逐漸拓寬，旋轉式激光雷達由于其精準度高、探測范圍廣等特點越來越受到各行業的重視及應用，尤其在掃地機器人行業應用最為廣泛。
3.旋轉式激光雷達一般包括旋轉底座和設置于旋轉底座的測距模組，測距模組可以隨著旋轉底座的旋轉實現360
°
掃描以檢測不同區域。但是現有的旋轉式激光雷達中，其測距模組和旋轉底座結構設置不夠合理，導致結構復雜，體積龐大，拆裝困難，從而提高了激光雷達的制作成本且限制了激光雷達的應用領域。
技術實現要素：
4.本技術的目的在于提供一種旋轉激光雷達及制造旋轉激光雷達的方法，以解決現有技術中的缺點與不足。
5.本技術的一種旋轉激光雷達，包括：旋轉底座和固定于所述旋轉底座上的測距模組；所述旋轉底座包括固定組件和轉動設于所述固定組件上的旋轉組件；所述固定組件包括底座，所述底座分為上腔和下腔，所述底座上腔內設置有與其一體成型的編碼盤，以及位于所述底座中心、與其一體成型且貫通的中空柱；所述旋轉組件包括旋轉架、轉軸和設置于所述旋轉架上的檢測元件，所述旋轉架包括頂盤、設于頂盤底面的中空筒以及設置于所述頂盤中心的轉軸；所述中空筒位于所述編碼盤的內側以與所述底座圍合成容置腔，所述轉軸與所述中空柱轉動連接并穿過所述中空柱直至所述底座的下腔；所述檢測元件與所述編碼盤相配合以檢測所述旋轉組件的轉動速度和位置。
6.相對于現有技術，本技術提供的旋轉激光雷達，結構設計合理，空間利用到位，且便于拆裝。
7.本技術還提供一種制造激光雷達的方法，包括如下步驟：
8.步驟s1：提供固定組件和旋轉組件；
9.其中，所述固定組件包括底座，所述底座分為上腔和下腔，設置于所述底座上腔內并與其一體成型的編碼盤，位于所述底座中心、與其一體成型且貫通的中空柱、嵌套在所述中空柱上的電機定子以及發射線圈；
10.所述旋轉組件包括旋轉架、轉軸、電機轉子、接收線圈和設置于所述旋轉架上的檢測元件，其中，所述旋轉架包括頂盤和設于頂盤底面的中空筒，所述電機轉子設置于所述中空筒內側壁，所述接收線圈設置于所述中空筒內且固定在所述頂盤底面，所述轉軸設置于所述頂盤的中心；
11.步驟s2：將所述轉軸通過軸承與所述中空柱轉動連接，使得所述旋轉組件轉動安
裝于所述固定組件上以形成旋轉底座；其中，所述中空筒套接于所述編碼盤和所述電機定子之間，所述轉軸穿過所述中空柱直至所述底座的下腔；
12.步驟s3：提供測距模組，并將所述測距模組固定安裝于所述旋轉底座上以形成所述旋轉激光雷達。
13.為了更好地理解和實施，下面結合附圖詳細說明本技術。
附圖說明
14.圖1為本技術實施例中旋轉激光雷達的部分爆炸示意圖；
15.圖2為本技術實施例中旋轉激光雷達的剖面示意圖；
16.圖3為本技術實施例中旋轉激光雷達的爆炸示意圖；
17.圖4為本技術實施例中旋轉底座的爆炸示意圖；
18.圖5為本技術實施例中底座的結構示意圖；
19.圖6為本技術實施例中旋轉底座的結構示意圖；
20.圖7為本技術實施例中編碼盤與檢測元件的工作原理示意圖；
21.圖8為本技術實施例中電路板的結構示意圖；
22.圖9為本技術實施例中測距模組的結構示意圖；
23.圖10為本技術實施例中測距模組的爆炸示意圖；
24.圖11為本技術實施例中測距模組另一個視角的結構示意圖；
25.附圖標記：
26.a、旋轉底座；11、底座；111、容置腔；112、中空柱；1121、定位標識部；12、編碼盤；121、遮蔽區；122、零位區；13、軸承；18、電機定子；181、插針；14、發射線圈；15、線圈固定盤；151、定位孔；16、第一電路板；17、底蓋；21、旋轉架；211、頂盤；2111、環形凹槽；2112、限位凸點；2113、固定柱；212、中空筒；22、轉軸；23、電機轉子；24、第二電路板；241、第一固定孔；242、第二固定孔；243、指向角定位孔；244、電路基板定位孔；25、墊片；26、卡簧；27、發射元器件；28、接收元器件；29、接收線圈；291、隔磁片；b、測距模組；3、電路基板；4、發射單元；5、接收單元；61、支架；611、安裝部；612、第一安裝孔；613、第二安裝孔；614、螺釘；615、第二定位柱；62、接收套筒；621、第一定位柱；63、發射套筒；c、透光外罩。
具體實施方式
27.下面將結合本技術實施例中的附圖，對本技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本技術的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本技術保護的范圍。
28.需要理解的是，在本技術的描述中，術語“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本技術和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本技術的限制。術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量，也即，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個
或者更多個該特征。此外，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。
29.需要說明的是，在本技術的描述中，除非另有明確的規定和限定，術語“設置”、“相連”、“連接”、“空心”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本技術中的具體含義。
30.實施例1
31.請參閱圖1-11，本實施例提供的一種旋轉激光雷達，所述旋轉激光雷達包括旋轉底座a和固定于旋轉底座上的測距模組b，測距模組隨著旋轉底座旋轉用于實現對目標視場的360度掃描。
32.下面對旋轉底座a和測距模組b分別進行說明：
33.本實施例所述旋轉底座a包括固定組件和轉動設于所述固定組件上的旋轉組件，所述固定組件包括底座11，底座11分為上腔和下腔，位于底座上腔內且與底座一體成型的編碼盤12，位于底座11中心處與其一體成型且貫通的中空柱112，中空柱112內部連通底座11的上腔和下腔。所述旋轉組件包括旋轉架21、轉軸22和設置于旋轉架上的檢測元件，所述旋轉架21包括頂盤211、設于頂盤211底面的中空筒212以及設置于頂盤中心的轉軸22，中空筒212位于編碼盤12的內側以與底座11圍合成容置腔111。檢測元件與編碼盤相配合以檢測旋轉組件的轉動速度和位置，從而可以確定旋轉組件和固定組件相對于初始位置所處的當前位置，優選地，檢測元件設于頂盤211底面上。
34.轉軸22與中空柱112通過軸承13轉動連接并且轉軸22穿過中空柱直至底座的下腔。具體的，軸承13固定安裝于中空柱112內，轉軸22與軸承13和中空柱112同軸設置，轉軸22設置于頂盤211中心并朝下穿過軸承13直至底座11的下腔。軸承13的內環套設在轉軸22上，軸承13的外環安裝在中空柱112內，從而實現轉軸22與底座11的轉動連接，轉軸22與中空柱112同軸設置，這樣使轉軸22受力均勻，防止轉軸22晃動和老化，保證旋轉架21旋轉的穩定性。在本實施例中，優選地，還提供兩墊片25和一卡簧26，墊片25分別設于轉軸22的兩端，軸承13設于兩墊片25之間，兩墊片25用于使轉軸22與軸承13的內環同步轉動。其中，轉軸22遠離頂盤211的一端設有卡槽，卡簧26卡接于卡槽處用于防止墊片25脫落，這樣設置的目的是方便軸承13的安裝與拆卸。
35.可以理解的是，本技術實施例中的旋轉底座a，通過將編碼盤12與底座11設置為一體成型，兩者可以通過注塑等工藝一體成型，從而省去了在編碼盤12和底座11中設置可拆卸連接結構，節約了底座11的內部空間，簡化了固定組件的整體結構，從而使得旋轉底座a具有結構緊湊，體積小，安裝方便，制作成本低的優點，進而降低了應用該旋轉底座a的激光雷達的制作成本。
36.在本實施例中，編碼盤12的中軸線與中空筒212的中軸線重合，方便旋轉架21裝入底座11并使得旋轉架21與底座11基本重合，使得旋轉底座a的整體結構設計更加合理，內部空間得以充分利用，結構緊湊，占用空間小。
37.在本實施例中，固定組件還包括第一電路板16，第一電路板16的一側設置有光通信接收端，第一電路板16固定于底座的下腔內且光通信接收端正對轉軸；旋轉組件還包括第二電路板24，第二電路板24的一側設置有光通信發射端，第二電路板24固定于所述頂盤
的頂面上且光通信接收端正對轉軸。由此，光通信發射端和光通信接收端組成光通信組件，并利用轉軸的中空區域傳輸信號，即提高了空間利用率又減少了外部的干擾。測距模組b設置于頂盤211的頂面，并位于第二電路板24的另一側上且與第二電路板24電連接，其中，檢測元件電也連接于第二電路板24。優選地，頂盤211的頂面設置有兩個限位凸點2112和兩個對稱設置的固定柱2113，第二電路板24上設置有兩個供固定柱2113穿過的第一固定孔241和兩個供限位凸點2112穿過的第二固定孔242，電路板24通過固定柱2113和限位凸點2112實現良好的固定。
38.在本實施例中，編碼盤12呈筒狀，其靠近頂盤211一側的周緣設有呈規律變化的遮蔽區121以及用于標定位置的零位區122，零位區122用于作參考點，方便位置計算；遮蔽區121呈規律變化，用于方便計算旋轉架21的具體轉速，以及旋轉架21相對于與零位區122之間的角度，從而方便確定其具體位置。具體地，在本實施例中，編碼盤12在周緣間隔排列設置的多個齒塊，多個齒塊包括多個等距齒和一個零位齒，等距齒和零位齒尺寸不同，遮蔽區121由多個等距齒形成，零位區122為零位齒，如圖6所示，檢測元件包括發射元器件27和接收元器件28，發射元器件27和接收元器件28呈間隔設置并分別位于編碼盤12的內外兩側。發射元器件27可經間隔朝接收元器件28發射檢測信號，檢測元件隨旋轉架21相對編碼盤12轉動的過程中，多個等距齒和零位齒依次從間隔穿過，使得接收元器件28產生變化的電平信號，并經過電路板24進行數據處理，得到旋轉組件的轉速和轉動角度，可見，本實施例發射元器件27和接收元器件28的檢測方式為對射式，當然，在其他一些實施例中，發射元器件27和接收元器件28的檢測方式也可以為反射式，例如，發射元器件27和接收元器件28位于編碼盤12的上方且與編碼盤12相對設置，發射元器件27的光線經過編碼盤12的遮蔽區121和零位區122反射后由接收元器件28接收，遮蔽區121和零位區122具有不同的反射率，從而使得接收元器件28產生變化的電平信號，在經過電路板24進行數據處理后，可得到旋轉組件的轉速和轉動角度。
39.在本實施例中，固定組件還包括設置于容置腔111中的電機定子18，電機定子18固定于中空柱112的外側壁并與第一電路板16電連接；旋轉組件還包括設置于容置腔111中的電機轉子23，電機轉子23固定于中空筒212的內側壁并套設于電機定子18的外側。電機定子18和電機轉子23形成一無刷電機，電機轉子23相對于電機定子18轉動從而帶動旋轉架21旋轉，這種驅動方式相對于齒輪嚙合傳動來說，簡化的結構，降低了體積。具體的，電機定子18上設置有與其一體成型的插針181，底座11上設置有上下貫通的插針孔(圖未示)，插針181穿過插針孔至底座11的下腔與第一電路板16電連接。
40.本實施例所述固定組件還包括設置于容置腔111中的發射線圈14和線圈固定盤15，旋轉組件還包括與發射線圈14對應設置的接收線圈29。其中，線圈固定盤15與轉軸22同軸設置并套裝固定于中空柱112頂端且位于電子定子18上，線圈固定盤15具體為一環形盤架，其頂側設置有安裝發射線圈14的凹陷槽，發射線圈14安裝于線圈固定盤15的凹陷槽中并與第一電路板16電連接。頂盤211底面設置有環形凹槽2111，接收線圈29嵌設于環形凹槽2111中與發射線圈14相對，接收線圈29與第二電路板24電連接，環形凹槽2111的設置可以方便接收線圈29的安裝，有效避免其他零件對接收線圈29的干擾。發射線圈14和接收線圈29配合用以對旋轉組件進行無線供電，發射線圈14和接收線圈29與轉軸22同軸設置且位于電機定子18的上方，從而可充分利用容置腔111的空間，使得結構更加緊湊，優選地，接收線
圈29靠近頂盤211的一側粘貼有隔磁片291。
41.具體地，線圈固定盤15上設置有定位孔151，中空柱112頂端設置有插接配合定位孔151的定位標識部1121。從而便于定位線圈固定盤15的安裝位置，在安裝時將定位孔151穿過定位標識部1121，然后就可以將線圈固定盤15套裝于中空柱112的頂端。為了便于發射線圈14和接收線圈29的接電，優選地，中空柱112的外側壁上設置有貫通至底座11下腔的第一引線孔(圖未示)，發射線圈14的引線穿過第一引線孔至底座11的下腔中與第一電路板16電連接；頂盤211靠近接收線圈29的位置設置有上下貫通的第二引線孔(圖未示)，接收線圈29的引線穿過第二引線孔至所述頂盤211的頂面電連接于第二電路板24。
42.在本實施例中，固定組件還包括底蓋17，底蓋17蓋設于底座11的下腔，以形成容納第一電路板16的空間，底蓋17可對底座11的底部進行封閉，以起到防水、防塵以及保護第一電路板16的作用。
43.本實施例中，激光雷達還包括透光外罩c，透光外罩c蓋于底座11頂部并罩設于測距模組b的外側。
44.本實施例測距模組b的工作原理是通過朝向目標物體發射探測激光束，并接收到被目標物體反射回來的反射光信號，計算光信號從發射到被采集的飛行時間，并根據飛行時間獲得目標的距離信息。具體地，測距模組b包括電路基板3、設置于所述電路基板3上的發射單元4、接收單元5和封裝殼體，發射單元4和接收單元5間隔設置且均與電路基板3電連接，發射單元4可以是激光發射器，接收單元5可以是單光子探測芯片。
45.測距模組b通過封裝殼體安裝于頂盤211的頂面上，封裝殼體包括支架61、設置于支架61上的接收套筒62和發射套筒63，支架61設置于電路基板3上并使得接收套筒62正對于接收單元5以及發射套筒63正對于發射單元4。優選地，接收套筒62與支架61一體成型，發射套筒63與支架61可拆卸連接。其中，發射套筒63與支架61可通過卡扣結構、螺紋連接結構等可拆卸方式進行連接，在此不作限定。
46.發射套筒63和接收套筒62的設置可以將發射光路和接收光路分開，使得發射單元4發射的光信號與接收單元5接收的反射光信號分開，從而有效地避免了發射光路漏光對接收光路產生影響，提高測距模組b的精度。進一步地，通過將發射套筒63與支架61設置為可拆卸連接，并將接收套筒62與支架61設置為一體成型，從而可以靈活拆裝發射套筒63，可以根據使用場景更換不同規格的發射套筒63，使用方便，有利于降低使用成本，進一步地，若激光雷達由于空間不足、尺寸過大、部件干涉等原因需要拆去發射套筒63，本技術實施例中的測距模組b也可直接拆除發射套筒63，并存留接收套筒62，可以盡量使得發射光路和接收光路的分開，避免發射光路漏光對接收光路的影響，提高測距模組b的精度。本技術實施例中的測距模組b結構設計合理，較為實用。
47.為了便于測距模組b安裝于旋轉底座a上，在一些實施例中，支架61的左右兩側均設置有一安裝部611，安裝部611的上下端分別設置有第一安裝孔612和第二安裝孔613，第一安裝孔612和第二安裝孔613相連通，第一安裝孔612為螺紋孔。兩個安裝部611通過各自的第二安裝孔613套裝于兩個固定柱2113后抵接于電路板24的頂面，并通過螺釘614穿過各自的第一安裝孔612與固定柱2113鎖固在一起，從而實現支架61和固定柱2113的固定。
48.進一步地，接收套筒62的下側設置有第一定位柱621，支架61的下側設置有第二定位柱615，第一定位柱621和第二定位柱615相配合以定位測距模組b的指向，其中，測距模組
b的指向即測距模組b的測距方向，如此一來可以直接定位測距模組b的指向，提高準確度和測試效率。具體地，第二電路板24上還設置有指向角定位孔243和電路基板定位孔244，第一定位柱621和第二定位柱615穿過指向角定位孔243，就可準確地定位接收套筒62的方向，從而對測距模組b的指向進行定位，電路基板3固定于電路基板定位孔244上，從而可直接實現第二電路板24和電路基板3的電連接。
49.實施例2
50.本實施例提供一種制造上述旋轉激光雷達的方法，包括如下步驟：
51.步驟s1：提供固定組件和旋轉組件；其中，固定組件包括底座11，底座分為上腔和下腔，設置于底座上腔內并與其一體成型的編碼盤12，位于底座中心、與其一體成型且貫通的中空柱112，嵌套在中空柱112上的電機定子18以及發射線圈14；旋轉組件包括旋轉架21、轉軸22、接收線圈29、電機轉子23和設置于旋轉架上的檢測元件，旋轉架包括頂盤211、設于頂盤底面的中空筒212，電機轉子23設置于中空筒內側壁3，接收線圈29設置于中空筒212內固定在頂盤底面，轉軸22設置于頂盤的中心。
52.步驟s2：將轉軸22通過軸承13與中空柱112轉動連接，使得旋轉組件轉動安裝于固定組件上以形成旋轉底座；其中，中空筒212套接于編碼盤12和電機定子18之間，轉軸22穿過中空柱112直至底座的下腔。
53.步驟s3：提供測距模組b，并將測距模組b固定安裝于旋轉底座上以形成旋轉激光雷達。
54.在一些較佳的實施例中，固定組件中底座的底部設置有上下貫通的插針孔，中空柱112頂端設置定位標識部1121，中空柱112的外側壁上設置有貫通至底座11下腔的第一引線孔。旋轉組件中頂盤211上設置有上下貫通的第二引線孔。
55.在步驟s1之前還包括如下步驟：
56.步驟s11：提供帶有插針的電機定子18，并將電機定子18嵌套在中空柱112上，且插針穿過插針孔以使得電機定子18固定在底座上。通常，為了保證固定的穩定，還可以在底座及電機定子之間點膠固定。
57.步驟s12：提供發射線圈14和線圈固定盤15，所述線圈固定盤15上設置有定位孔151，將線圈固定盤14套接于中空柱112上并位于電機定子18的上端，并將發射線圈14的引線穿過第一引線孔直至底座11的底部，并使定位標識部1121插入定位孔151內，以使得所述發射線圈固定在所述底座上；
58.步驟s13：提供電子轉子23，并將電子轉子23固定中空筒內側壁3上。
59.步驟s14：提供接收線圈29，接收線圈的一側粘貼有隔磁片，將接收線圈29穿過轉軸22并將有隔磁片291的一側粘貼在所述頂盤211的底面，將接收線圈29的引線穿過第二引線孔直至頂盤211的頂面，以使接收線圈29固定在中空筒212內。
60.在一些較佳的實施例中，在所述步驟s2中還包括如下步驟：
61.將軸承13固定安裝與中空柱112內；在轉軸22穿過軸承13之前，先將一墊片25套在轉軸22的頂端，將轉軸22穿過軸承13直至底座11的下腔之后，將另一墊片25套在轉軸22的下端，并將卡簧26裝入轉軸22下端的卡槽內。
62.在一些較佳的實施例中，固定組件還包括第一電路板16；在所述步驟s2之后還包括步驟s21：將第一電路板16安裝在底座11的下腔，并將電機定子18和發射線圈14與第一電
路板16電連接。在一些較佳的實施例中，電機定子18上設置有一體成型的插針181，電機定子18通過插針181與第一電路板16電連接。
63.在一些較佳的實施例中，固定組件還包括底蓋17；在所述步驟s21之后還包括步驟s22：將底蓋17蓋設在底座11的下腔，以形成容納第一電路板16的空間。
64.在一些較佳的實施例中，頂盤211的頂面設置有兩個限位凸點2112和兩個對稱設置的固定柱2113，所述旋轉組件還包括第二電路板24，第二電路板24上設置有兩個第一固定孔241和兩個第二固定孔242；在所述步驟s3之前還包括步驟s23：將第二電路板24安裝在頂盤211的頂面，并使兩個第一固定孔241穿過兩個固定柱2113，使兩個第二固定孔242穿過兩個限位凸點2112，將接收線圈29的引線電連接于第二電路板24。
65.在一些較佳的實施例中，測距模組b包括電路基板3和封裝殼體；封裝殼體包括支架61、以及設置在支架上的接收套筒62和發射套筒63，支架61設置于電路基板3上，支架61的左右兩側均設置有一安裝部611，安裝部611的上下端分別設置有第一安裝孔612和第二安裝孔613，第一安裝孔612和第二安裝孔613相連通，第一安裝孔612為螺紋孔；接收套筒62的下側設置有第一定位柱621，支架61的下側設置有第二定位柱615，第一定位柱621和第二定位柱615相配合以定位測距模組b的指向；所述第二電路板24上還設置有指向角定位孔243和電路基板定位孔244；
66.所述步驟s3包括如下步驟：
67.步驟s31：將支架61兩側的安裝部611通過第二安裝孔613穿過固定柱2113后固定于第二電路板24上；
68.步驟s32：將第一定位柱621和第二定位柱615固定在指向角定位孔243上，將電路基板3固定于電路基板定位孔244上；
69.步驟s33：使用螺釘614穿過第一安裝孔612后與固定柱2113鎖固，使得支架61與固定柱2113相互固定以使測距模組與旋轉底座固定。
70.在一些較佳的實施例中，上述方法還包括步驟s4，提供一透光外罩c，將透光外罩c固定于底座11頂部并罩設于所述測距模組b的外側。
71.使用本技術實施例一種制造激光雷達的方法可以十分方便，省時的制造出激光雷達，有利于提高生產效率。
72.以上所述實施例僅表達了本技術的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本技術構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本技術的保護范圍。
